Sem que você perceba ou tenha qualquer sensação, seu corpo (e tudo à sua volta) é inundado de “partículas fantasmas” a todo momento
Representação artística de neutrinos, que estão em toda parte, inclusive com trilhões deles atravessando nossos corpos por segundo. Crédito: Imaem gerada por IA/Gemini
Neutrinos – as chamadas “partículas fantasmas” – estão por toda parte, mas passam completamente despercebidos. E cerca de 10 trilhões deles atravessam o seu corpo a cada segundo. Como quase não têm massa, não possuem carga elétrica e raramente interagem com a matéria. Por isso, mesmo em quantidade tão gigantesca, eles não provocam qualquer sensação.
Apesar de invisíveis e extremamente leves, os neutrinos podem ter exercido papel decisivo na formação do Universo, listando entre as partículas mais abundantes do cosmos. Compreender seu comportamento ajuda a explicar como a matéria se organizou após o Big Bang. É esse desafio que move pesquisadores como o físico Ed Kearns.
Em poucas palavras:
- Trilhões de neutrinos atravessam nosso corpo continuamente;
- Essas “partículas fantasmas” quase não interagem com matéria;
- Mesmo assim, influenciaram a formação do Universo;
- Para estudá-las, cientistas constroem detectores subterrâneos gigantes;
- Experimentos revelaram massa mínima e oscilação.
Neutrinos devem ser as partículas mais leves do Universo
Professor da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Boston, nos EUA, Kearns participou da equipe que demonstrou, em 1998, que neutrinos possuem massa. Até então, acreditava-se que fossem totalmente sem peso, o que obrigou a revisar modelos teóricos importantes. Desde a descoberta, ele se dedica a investigar as propriedades dessa partícula enigmática.
Kearns explica que essa massa é medida em elétron-volts, unidade usada na física de partículas. Para comparação, o elétron tem cerca de 511 milhões de elétron-volts. Já o neutrino pode ter algo próximo de 1 elétron-volts ou até muito menos – talvez 0,01 elétron-volt. Uma diferença gritante.
Isso significa que o neutrino é muito menor que um próton e ainda menor que um elétron. Segundo Kearns, são “quase certamente as partículas mais leves do Universo”. Produzidos em reações nucleares no interior das estrelas, em explosões de supernovas e até em processos na atmosfera terrestre, eles atravessam continuamente o planeta, com trilhões passando pelo nosso corpo a cada segundo, sem deixar vestígios.
Detectores gigantes enterrados desviam da interferência dos raios cósmicos
A maior parte dos neutrinos que chegam à Terra é gerada no interior do Sol, onde reações nucleares fundem átomos de hidrogênio em hélio, liberando enormes quantidades de energia. Eles deixam a estrela quase instantaneamente. Mas, diferentemente da luz, que pode levar milhares de anos para alcançar a superfície, os neutrinos atravessam a matéria quase sem interação.
Kearns ressalta que o Sol não é a única fonte dessas partículas. Quando raios cósmicos colidem com a atmosfera terrestre, também geram neutrinos. Nas supernovas, que marcam o colapso de estrelas muito massivas, a produção é ainda mais intensa. Nesses eventos extremos, a maior parte da energia liberada não sai na forma de luz, mas de uma torrente de neutrinos lançada ao espaço.
Detectá-los, no entanto, é uma tarefa complexa. Como não têm carga elétrica, não são desviados por campos magnéticos e só podem ser observados quando colidem diretamente com alguma partícula da matéria. E essa chance é extremamente pequena.
Para aumentar a probabilidade de registro, os cientistas constroem detectores gigantescos, como o Super-Kamiokande, conhecido como Super-K, onde Kearns trabalha. O experimento fica no Japão, a cerca de um quilômetro de profundidade, dentro de uma mina. A localização subterrânea reduz a interferência da radiação cósmica.
O detector consiste em um tanque cilíndrico com 50 mil toneladas de água ultrapura. Sensores sensíveis revestem suas paredes. Quando um neutrino interage com a água, pode gerar partículas carregadas que produzem pequenos flashes de luz. Esses sinais são registrados e analisados.
Mesmo com toda essa estrutura monumental, os números diários são modestos. O Super-K registra cerca de 10 neutrinos solares por dia e aproximadamente 8 provenientes de raios cósmicos. Pode parecer pouco, mas ao longo dos anos isso resulta em dezenas de milhares de eventos.
Para a física de partículas, esse volume é considerado expressivo. Com cerca de 10 mil registros já é possível realizar análises detalhadas. Embora o detector produza grande quantidade de dados continuamente, a maior parte corresponde a ruído de fundo. Separar os eventos reais exige técnicas sofisticadas.
Neutrinos oscilam enquanto viajam pelo espaço
Um dos capítulos mais importantes dessa história começou nos anos 1970, quando o químico e físico estadunidense Ray Davis Jr., pesquisador do Laboratório Nacional de Brookhaven (BNL), em Nova York, tentou medir quantos neutrinos vinham do Sol. O resultado foi muito menor do que o previsto pelas teorias, fazendo surgir daí o chamado problema dos neutrinos solares.
Durante décadas, os físicos discutiram se havia erro experimental ou falha nos modelos teóricos. A resposta veio quando se descobriu que os neutrinos podem mudar de tipo enquanto viajam pelo espaço, oscilação que só ocorre se eles tiverem massa.
A confirmação do fenômeno ajudou a resolver o enigma. Também foi a evidência decisiva de que os neutrinos não eram totalmente sem massa. Ainda assim, uma questão permanece aberta. “Não sabemos quanta massa eles têm”, resume Kearns. “Surpreendentemente, sabemos que eles têm massa, mas não sabemos quanta.”
Nos últimos anos, novos experimentos ampliaram o campo de pesquisa. O IceCube, instalado na Antártida, utiliza gelo em vez de água para detectar neutrinos. Ele identificou partículas de altíssima energia vindas do espaço profundo, sinais que podem estar ligados a fenômenos extremos, como buracos negros ativos.
A trajetória do neutrino na ciência também guarda uma história curiosa. Na década de 1930, o físico austríaco Wolfgang Pauli sugeriu a existência de uma partícula invisível para explicar um problema no decaimento radioativo. Era uma proposta ousada, pois implicava acrescentar algo totalmente novo à lista de partículas conhecidas.
Mais tarde, o italiano naturalizado nos EUA Enrico Fermi deu à partícula o nome de neutrino, que significa “pequeno nêutron” em sua língua pátria. A ideia parecia arriscada na época. Embora hoje a física de partículas conviva com dezenas de partículas diferentes, naquela fase cada nova proposta representava grande mudança conceitual.
Para Kearns, estudar neutrinos é como observar uma imagem fora de foco que lentamente se torna mais nítida. Ele descreve esse impulso científico de forma simples: “Eu quero ver o que está ali!”. A frase resume a curiosidade que impulsiona a pesquisa.
Ainda restam perguntas fundamentais sobre a massa exata dos neutrinos e seu papel no equilíbrio do Universo, ressalta o especialista Mesmo quase invisíveis, essas partículas fantasmas continuam no centro de algumas das questões mais profundas da ciência moderna.
Fonte: Olhar Digital
