p Esta semana, uma equipe internacional de físicos, incluindo pesquisadores do MIT, está relatando os primeiros resultados de um experimento subterrâneo projetado para responder a uma das questões mais fundamentais da física:por que nosso universo é feito principalmente de matéria? p De acordo com a teoria, o Big Bang deveria ter produzido quantidades iguais de matéria e antimatéria - esta última consistindo em "antipartículas" que são essencialmente imagens espelhadas da matéria, carregando apenas cargas opostas às dos prótons, elétrons, nêutrons, e outras contrapartes de partículas. E ainda, vivemos em um universo decididamente material, feito principalmente de galáxias, estrelas, planetas, e tudo o que vemos ao nosso redor - e muito pouca antimatéria.

p Os físicos postulam que algum processo deve ter inclinado a balança a favor da matéria durante os primeiros momentos após o Big Bang. Um desses processos teóricos envolve o neutrino - uma partícula que, apesar de quase não ter massa e interagir muito pouco com outras matérias, é pensado para permear o universo, com trilhões de partículas semelhantes a fantasmas fluindo inofensivamente através de nossos corpos a cada segundo.

p Existe a possibilidade de que o neutrino seja sua própria antipartícula, o que significa que ele pode ter a capacidade de se transformar entre uma versão de matéria e antimatéria de si mesmo. Se esse é o caso, os físicos acreditam que isso pode explicar o desequilíbrio do universo, como neutrinos mais pesados, produzido imediatamente após o Big Bang, teria decaído assimetricamente, produzindo mais matéria, ao invés de antimatéria, versões de si mesmos.

p Uma forma de confirmar que o neutrino é sua própria antipartícula, é detectar um processo extremamente raro conhecido como "decaimento beta duplo sem neutrinos, "em que um isótopo estável, como telúrio ou xenônio, libera certas partículas, incluindo elétrons e antineutrinos, pois naturalmente se decompõe. Se o neutrino é de fato sua própria antipartícula, então, de acordo com as regras da física, os antineutrinos devem se anular, e esse processo de decaimento deve ser "sem neutrinos". Qualquer medida desse processo deve registrar apenas os elétrons que escapam do isótopo.

p O experimento subterrâneo conhecido como CUORE, para o Cryogenic Underground Observatory for Rare Events, é projetado para detectar um decaimento beta duplo sem neutrinos do decaimento natural de 988 cristais de dióxido de telúrio. Em um artigo publicado esta semana em Cartas de revisão física , pesquisadores, incluindo físicos do MIT, relatório sobre os primeiros dois meses de dados coletados por CUORE ("coração" em italiano). E embora eles ainda não tenham detectado o processo revelador, eles foram capazes de definir os limites mais rigorosos sobre a quantidade de tempo que esse processo deve levar, se é que existe. Com base em seus resultados, eles estimam que um único átomo de telúrio deve sofrer um decaimento beta duplo sem neutrinos, no máximo, uma vez a cada 10 septilhões (1 seguido por 25 zeros) anos.

p Levando em consideração o grande número de átomos dentro dos 988 cristais do experimento, os pesquisadores preveem que nos próximos cinco anos eles serão capazes de detectar pelo menos cinco átomos passando por este processo, se existe, fornecendo a prova definitiva de que o neutrino é sua própria antipartícula.

p "É um processo muito raro - se observado, seria a coisa mais lenta que já foi medida, "diz o membro do CUORE Lindley Winslow, o Jerrold R. Zacharias, Professor Assistente de Desenvolvimento de Carreira de Física no MIT, quem conduziu a análise. "A grande empolgação aqui é que fomos capazes de executar 998 cristais juntos, e agora estamos no caminho de tentar ver algo. "

p A colaboração do CUORE inclui cerca de 150 cientistas, principalmente da Itália e dos EUA, incluindo Winslow e uma pequena equipe de pós-doutorandos e alunos de graduação do MIT.

p O cubo mais frio do universo

p O experimento CUORE está alojado no subsolo, enterrado nas profundezas de uma montanha no centro da Itália, a fim de protegê-lo de estímulos externos, como o bombardeio constante de radiação de fontes no universo.

p O coração do experimento é um detector que consiste em 19 torres, cada um contendo 52 cristais em forma de cubo de dióxido de telúrio, totalizando 988 cristais ao todo, com uma massa de cerca de 742 quilogramas, ou 1, 600 libras. Os cientistas estimam que esta quantidade de cristais incorpora cerca de 100 septilhões de átomos do isótopo telúrio particular. Eletrônicos e sensores de temperatura são anexados a cada cristal para monitorar sinais de sua decadência.

p Todo o detector reside em um refrigerador ultracold, sobre o tamanho de uma máquina de venda automática, que mantém uma temperatura constante de 6 milikelvin, ou -459,6 graus Fahrenheit. Os pesquisadores da colaboração calcularam anteriormente que este refrigerador é o metro cúbico mais frio que existe no universo.

p O experimento precisa ser mantido excessivamente frio para detectar mudanças mínimas na temperatura geradas pela decadência de um único átomo de telúrio. Em um processo normal de decaimento beta duplo, um átomo de telúrio emite dois elétrons, bem como dois antineutrinos, o que equivale a uma certa energia na forma de calor. No caso de um decaimento beta duplo sem neutrinos, os dois antineutrinos devem se anular, e apenas a energia liberada pelos dois elétrons seria gerada. Os físicos calcularam anteriormente que essa energia deve estar em torno de 2,5 megaelétron volts (Mev).

p Nos primeiros dois meses de operação da CUORE, os cientistas têm essencialmente medido a temperatura dos cristais de telúrio de 988, procurando por qualquer pico minúsculo de energia em torno dessa marca de 2,5 Mev.

p "CUORE é como um termômetro gigante, "Winslow diz." Sempre que você vê um depósito de calor em um cristal, você acaba vendo um pulso que pode digitalizar. Então você analisa esses pulsos, e a altura e largura do pulso correspondem a quanta energia estava lá. Em seguida, você aumenta o zoom e conta quantos eventos ocorreram em 2,5 Mev, e basicamente não vimos nada. O que provavelmente é bom, porque não esperávamos ver nada nos primeiros dois meses de dados. "

p O coração vai continuar

p Os resultados mais ou menos indicam que, dentro da janela curta em que CUORE operou até agora, não um dos 1, 000 setilhões de átomos de telúrio no detector sofreram um decaimento beta duplo sem neutrinos. Estatisticamente falando, isso significa que levaria pelo menos 10 setilhões de anos, ou anos, para um único átomo passar por esse processo se um neutrino for de fato sua própria antipartícula.

p "Para o dióxido de telúrio, este é o melhor limite para o tempo de vida deste processo que já tivemos, "Winslow diz.

p CUORE continuará monitorando os cristais pelos próximos cinco anos, e os pesquisadores agora estão projetando a próxima geração do experimento, que eles apelidaram de CUPID - um detector que procurará o mesmo processo em um número ainda maior de átomos. Além do CUPIDO, Winslow diz que há apenas mais um, iteração maior que seria possível, antes que os cientistas possam fazer uma conclusão definitiva.

p “Se não virmos dentro de 10 a 15 anos, então, a menos que a natureza escolha algo realmente estranho, o neutrino provavelmente não é sua própria antipartícula, "Winslow diz." A física de partículas diz que não há muito mais espaço de manobra para o neutrino ainda ser sua própria antipartícula, e para você não ter visto. Não há muitos lugares para se esconder. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.