Uma equipe internacional de rastreamento de neutrinos da 'nova física' verificou os dados de todos os experimentos relevantes associados às detecções de neutrinos em relação às extensões do Modelo Padrão propostas por teóricos. A última análise, o primeiro com uma cobertura tão abrangente, mostra a escala dos desafios enfrentados pelos caçadores de neutrinos destros, mas também traz uma centelha de esperança.

Em todos os processos envolvendo neutrinos que foram observados, essas partículas exibem uma característica conhecida pelos físicos como canhotos. Neutrinos destros, que são a extensão mais natural do modelo padrão, estão longe de serem vistos. Porque? O mais recente, análise extremamente abrangente realizada por um grupo internacional de físicos, incluir o Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia ajuda a responder a essa pergunta. Pela primeira vez, dados de todos os experimentos relevantes, direta e indiretamente dedicado a detecções de neutrinos, foram incluídos e verificados em relação aos intervalos de parâmetros impostos por várias extensões teóricas do Modelo Padrão.

A primeira partícula subatômica, o elétron, foi observada há mais de 120 anos. Desde então, os físicos descobriram toda uma infinidade deles. A riqueza dos tijolos de construção da natureza é explicada no pressuposto de que o mundo consiste em quarks massivos, ocorrendo em seis sabores, e léptons muito menos massivos, também em seis sabores. Os léptons incluem o elétron, o múon (pesando 207 vezes a massa do elétron), o tau (3477 vezes a massa de um elétron) e os três tipos correspondentes de neutrinos.

Os neutrinos interagem muito mal com o resto da matéria. Eles também mostram outras características de particular importância para a forma da física moderna. Recentemente, foi descoberto que essas partículas oscilam, ou seja, eles estão constantemente se transformando de um tipo para outro. Esse fenômeno significa que os neutrinos observados devem ter uma certa massa (embora muito baixa). Enquanto isso, o modelo padrão, uma ferramenta teórica moderna que descreve partículas subatômicas com grande precisão, não deixa alternativa:dentro de sua estrutura, os neutrinos não podem ter massa! Essa contradição entre teoria e experiência é um dos indícios mais fortes a favor da existência de partículas subatômicas desconhecidas. A massa dos neutrinos, Contudo, não é sua única propriedade intrigante.

“Aprendemos sobre a presença de neutrinos observando os produtos do decaimento de várias partículas e comparando o que registramos com o que a teoria prevê. Acontece que em todos os casos que indicam a presença de neutrinos, essas partículas sempre tiveram a mesma helicidade:1/2, ou seja, eles eram canhotos. Isso é interessante porque outras partículas de matéria podem ter spin positivo e negativo. Mas não há neutrinos destros à vista! Se eles não existem, então porque não? E se eles fizerem, onde eles estão se escondendo? "pergunta o Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN).

Um artigo publicado recentemente no European Physical Journal C por uma equipe internacional de físicos nos aproxima de responder às perguntas acima. Cientistas da IFJ PAN, a Organização Europeia para Pesquisa Nuclear - CERN, Université catholique de Louvain (Louvain-la-Neuve, Bélgica), Monash University (Melbourne, Austrália), A Technische Universität München (Alemanha) e a University of Amsterdam (Holanda)) realizaram a análise mais precisa até o momento dos dados coletados em mais de uma dúzia dos experimentos mais sofisticados em física subatômica, ambos os de natureza geral e aqueles diretamente dedicados à observação de neutrinos (incluindo PIENU, PS-191, CHARME, E949, NuTeV, DELPHI, ATLAS, CMS).

Os pesquisadores não se limitaram a apenas aumentar o número de experimentos e a quantidade de dados processados. Em sua análise, eles consideraram a possibilidade de processos hipotéticos propostos por teóricos que requerem a presença de neutrinos destros. Um deles era o mecanismo de gangorra associado aos neutrinos de Majorana.

Em 1937, Ettore Majorana postulou a existência de uma partícula de matéria que é sua própria antipartícula. Essa partícula não poderia ter carga elétrica. Uma vez que todas as partículas de matéria carregam carga elétrica, exceto para neutrinos, a nova partícula pode ser um neutrino.

"A teoria sugere que se os neutrinos de Majorana existem, também pode haver um mecanismo de gangorra. Isso significaria que quando os neutrinos com um estado de helicidade não são muito massivos, então, os neutrinos com a helicidade oposta devem ter massas muito grandes. Então, se nossos neutrinos canhotos têm massas muito baixas, se fossem neutrinos de Majorana, na versão para destros, eles teriam que ser enormes. Isso explicaria por que não os vimos ainda, "diz o Dr. Chrzaszcz, e acrescenta que os neutrinos massivos para destros são um dos candidatos à matéria escura.

A última análise, realizado usando o pacote GAMBIT de código aberto especializado, levou em consideração todos os dados experimentais disponíveis atualmente e intervalos de parâmetros fornecidos por vários mecanismos teóricos. Numericamente, era extremamente oneroso. O próprio mecanismo de gangorra significava que os cálculos tinham que usar números de ponto flutuante não duplos, mas de precisão quádrupla. Em última análise, o volume de dados atingiu 60 TB. A análise teve que ser realizada no cluster de computação polonês mais rápido Prometheus, administrado pelo Centro Acadêmico de Computação Cyfronet da AGH University of Science and Technology.

Os resultados da análise, financiado pelo lado polonês com doações da Fundação para a Ciência Polonesa e da Agência Nacional de Intercâmbio Acadêmico, não inspire otimismo. Descobriu-se que, apesar de muitos experimentos e uma grande quantidade de dados coletados, o espaço de parâmetros possível foi penetrado apenas em uma pequena extensão.

"Podemos encontrar neutrinos destros em experimentos que estão prestes a começar. No entanto, se tivermos azar e os neutrinos destros estiverem se escondendo nos recessos mais distantes do espaço de parâmetros, podemos ter que esperar até cem anos para sua descoberta, "diz o Dr. Chrzaszcz.

Felizmente, há também uma sombra de esperança. Um traço de um sinal potencial foi capturado nos dados que poderiam ser associados a neutrinos destros. Nesse estágio, é muito fraco e, em última análise, pode acabar sendo apenas uma flutuação estatística. Mas o que aconteceria se não fosse?

"Nesse caso, tudo indica que já seria possível observar neutrinos destros no sucessor do LHC, o Futuro Colisor Circular. Contudo, a FCC tem uma certa desvantagem:começaria a funcionar cerca de 20 anos após sua aprovação, que, na melhor das hipóteses, pode ocorrer apenas no próximo ano. Se não, teremos que nos armar com uma grande quantidade de paciência antes de vermos neutrinos destros, "conclui o Dr. Chrzaszcz.