Os neutrinos vêm em três sabores compostos de uma mistura de três massas de neutrinos. Embora as diferenças entre as massas sejam conhecidas, pouca informação estava disponível sobre a massa das espécies mais leves até agora.

É importante entender melhor os neutrinos e os processos pelos quais eles obtêm sua massa, pois eles podem revelar segredos sobre a astrofísica, incluindo como o universo é mantido coeso, por que está se expandindo e de que matéria escura é feita.

Primeiro autor, Dr. Arthur Loureiro (UCL Física e Astronomia), disse:"Cem bilhões de neutrinos voam do Sol através de seu polegar a cada segundo, mesmo à noite. Esses são fantasmas fracamente interativos sobre os quais sabemos pouco. O que sabemos é que conforme eles se movem, eles podem mudar entre seus três sabores, e isso só pode acontecer se pelo menos duas de suas massas forem diferentes de zero. "

"Os três sabores podem ser comparados ao sorvete, onde você tem uma colher contendo morango, chocolate e baunilha. Três sabores estão sempre presentes, mas em proporções diferentes, e a mudança na proporção - e o estranho comportamento da partícula - só podem ser explicados por neutrinos com massa. "

O conceito de que os neutrinos têm massa é relativamente novo, com a descoberta em 1998 que deu ao Professor Takaaki Kajita e ao Professor Arthur B. McDonald o Prêmio Nobel de Física de 2015. Mesmo assim, o modelo padrão usado pela física moderna ainda precisa ser atualizado para atribuir uma massa aos neutrinos.

O estudo, publicado hoje em Cartas de revisão física por pesquisadores da UCL, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Institut d'Astrophysique de Paris e Universidade de São Paulo, define um limite superior para a massa do neutrino mais leve pela primeira vez. A partícula poderia tecnicamente não ter massa, pois um limite inferior ainda não foi determinado.

A equipe usou uma abordagem inovadora para calcular a massa dos neutrinos usando dados coletados por cosmologistas e físicos de partículas. Isso incluiu o uso de dados de 1,1 milhão de galáxias do Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) para medir a taxa de expansão do universo, e restrições de experimentos com aceleradores de partículas.

"Usamos informações de uma variedade de fontes, incluindo telescópios espaciais e terrestres observando a primeira luz do Universo (a radiação cósmica de fundo em micro-ondas), estrelas explodindo, o maior mapa 3-D de galáxias do Universo, aceleradores de partículas, reatores nucleares, e mais, "disse o Dr. Loureiro.

"Como os neutrinos são abundantes, mas minúsculos e elusivos, precisávamos de todo conhecimento disponível para calcular sua massa e nosso método poderia ser aplicado a outras grandes questões que intrigavam cosmologistas e físicos de partículas igualmente. "

Os pesquisadores usaram as informações para preparar uma estrutura na qual modelar matematicamente a massa dos neutrinos e usaram o supercomputador da UCL, Graça, calcular a massa máxima possível do neutrino mais leve para ser 0,086 eV (IC de 95%), o que equivale a 1,5 x 10-37 kg. Eles calcularam que três sabores de neutrino juntos têm um limite superior de 0,26 eV (IC de 95%).

Segundo autor, Ph.D. aluno Andrei Cuceu (UCL Física e Astronomia), disse:"Usamos mais de meio milhão de horas de computação para processar os dados; isso é equivalente a quase 60 anos em um único processador. Este projeto ultrapassou os limites da análise de big data em cosmologia."

A equipe afirma que entender como a massa dos neutrinos pode ser estimada é importante para futuros estudos cosmológicos, como DESI e Euclides, que envolvem equipes de toda a UCL.

O Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) estudará a estrutura em larga escala do universo e seus conteúdos de energia escura e matéria escura com alta precisão. Euclid é um novo telescópio espacial que está sendo desenvolvido com a Agência Espacial Europeia para mapear a geometria do Universo escuro e a evolução das estruturas cósmicas.

Professor Ofer Lahav (UCL Física e Astronomia), co-autor do estudo e presidente do UK Consortiums of the Dark Energy Survey e DESI disse:"É impressionante que o agrupamento de galáxias em escalas enormes possa nos dizer sobre a massa do neutrino mais leve, um resultado de fundamental importância para a física. Este novo estudo demonstra que estamos no caminho certo para medir as massas de neutrinos com a próxima geração de grandes levantamentos espectroscópicos de galáxias, como DESI, Euclides e outros. "

Arthur Loureiro et al., 'Sobre o limite superior de massas de neutrinos de observações cosmológicas combinadas e experimentos de física de partículas' será publicado em Cartas de revisão física na quinta-feira, 22 de agosto de 2019.