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    O segredo para medir a energia dos antineutrinos

    O detector de neutrinos MINERvA do Fermilab permite aos cientistas estudar as interações dos neutrinos com os núcleos atômicos. Reidar Hahn, Fermilab

    A colaboração do MINERvA analisou dados das interações de um antineutrino - o parceiro de antimatéria de um neutrino - com um núcleo. Eles ficaram surpresos ao encontrar evidências de que os antineutrinos interagiam com pares de partículas dentro do núcleo. Eles esperavam que os antineutrinos interagissem apenas com prótons ou nêutrons. Para ver esta evidência, a equipe comparou seus dados de antineutrino a um modelo dessas interações. O modelo foi baseado em uma análise anterior das interações de neutrinos no MINERvA publicada há dois anos.

    Os cientistas estão usando medições de neutrinos para determinar por que nosso universo é feito de matéria em vez de antimatéria, isto é, por que a matéria superou a antimatéria no início do nosso universo. A resposta está relacionada a um fenômeno conhecido como violação do CP. Neutrinos - onipresente, partículas difíceis de capturar - poderiam conter a resposta. As pesquisas por violação de CP dependem da comparação de amostras de neutrino e antineutrino e da procura de pequenas diferenças. Grande, diferenças desconhecidas entre as taxas de reação de neutrino e antineutrino em um detector (que é feito apenas de matéria) esconderiam a presença ou ausência de assinaturas de CP. A nova análise do MINERvA revela muito sobre como os modelos se saem e onde eles ficam aquém. A equipe está convergindo em melhores modelos que descrevem dados de neutrino e antineutrino.

    Não é segredo que os neutrinos mudam de sabor, ou oscilar, enquanto viajam de um lugar para outro. O quanto eles mudam depende de quanto tempo eles têm para mudar. Esse tempo está diretamente relacionado à distância percorrida pelo neutrino e à energia do próprio neutrino. Medir a distância é fácil. A parte difícil é medir a energia do neutrino.

    Os experimentos fazem isso medindo as energias das partículas que são produzidas pelo neutrino quando ele interage nos detectores. Mas o que acontece se uma das partículas produzidas, por exemplo, um nêutron, deixa quase nenhuma de sua energia no detector?

    Os experimentos de oscilação precisam prever quanta energia é perdida e, em seguida, corrigir essa perda. Essas previsões dependem de modelos precisos de como os neutrinos interagem. Esses modelos têm que ser adequados não apenas para neutrinos, mas também para antineutrinos, que são particularmente bons em fazer nêutrons.

    A colaboração do MINERvA analisou dados de interações de antineutrinos que produziram múons carregados positivamente. Os cientistas observaram o momento e a energia que foram transferidos para o núcleo nessas interações. Ao focar na região cinemática onde apenas um nêutron deve ser eliminado, eles analisaram a pior situação possível:a maior parte da energia desaparece. Desta maneira, os cientistas mediram diretamente os efeitos de um modelo imperfeito para a energia ausente.

    Para entender por que essa nova análise das interações de antineutrino é emocionante, precisamos olhar para trás em uma medição de dois anos atrás. Dessa vez, O MINERvA mediu as interações de neutrinos que produzem múons carregados negativamente - interações que têm maior probabilidade de produzir um próton do que um nêutron. A energia de um próton é muito mais fácil de medir do que a de um nêutron em um detector como o MINERvA. Para interações de neutrino em um par próton-nêutron (em vez de apenas uma dessas duas partículas), os cientistas observaram um número muito maior de eventos do que os modelos de última geração previram. Os entusiastas de seções transversais de neutrinos nunca se surpreendem quando os modelos não descrevem os dados. Então aqui está a surpresa:quando eles usaram os resultados do neutrino para alterar o modelo do antineutrino para prever os dados do antineutrino descritos acima, funcionou.

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