Será que diferenças entre neutrinos e antineutrinos são a resposta para a assimetria entre matéria e antimatéria?
Detecção de um neutrino do elétron (esquerda) e de um antineutrino do elétron (direita) no Super-Kamiokande. Quando um neutrino ou antineutrino do elétron interage com a água, um elétron ou pósitron é produzido. Eles produzem um fraco anel de luz (chamado de luz de Cherenkov) que é detectado por quase 13,000 fotodetectores. As cores das figuras mostram a detecção dos fótons ao longo do tempo. Créditos: Colaboração T2K
Nosso mundo é feito de matéria e abriga pequenas quantidades de antimatéria. No entanto, quando nosso Universo surgiu, as duas existiam em quantidades iguais. Explicar a diferença entre ambas têm sido um desafio para a ciência. Um estudo que mereceu a capa da revista Nature esta semana sugere que os neutrinos e as suas partículas espelho formadas de antimatéria, os antineutrinos, têm alta probabilidade de apresentar comportamentos diferentes. Segundo os pesquisadores, essas diferenças oferecem um caminho promissor para explicar a assimetria entre matéria e antimatéria, e poderiam explicar o misterioso desaparecimento da antimatéria. Os dados foram obtidos pelo experimento T2K, conduzido no Japão
Os cientistas consideram que matéria e antimatéria foram criadas em quantidade igual no começo do Universo. Porém, quando partículas de matéria e antimatéria interagem, elas se destroem. Essa propriedade deveria ter deixado o Universo primitivo vazio, contendo somente energia. Mas como podemos ver olhando ao nosso redor, a antimatéria não acabou com a matéria. Para explicar esse desequilíbrio, os físicos se voltaram para a assimetria observada no modo como matéria e antimatéria se comportam. A assimetria é chamada de Violação da simetria CP, ou de carga e paridade.
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Os neutrinos são partículas extremamente leves. Eles são capazes de atravessar todo tipo de material. É muito difícil detectá-los, e ainda mais estudá-los com rigor. Existem três tipos de neutrinos: o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o neutrino do tau. O comportamento que pode diferenciar neutrinos e antineutrinos é sua propriedade de oscilação, que é a capacidade de mudarem de tipo à medida que a partícula se propaga. O experimento T2K usa feixes alternados, compostos de neutrinos do múon e antineutrinos do múon, que são produzidos por um acelerador de partículas localizado no centro de pesquisa J-PARC, na costa leste do Japão. Uma pequena fração do feixe de neutrinos (ou antineutrinos) enviados pelo J-PARC são detectados, a partir do padrão de luz que eles deixam nas 50 mil toneladas que enchem o detector Super-Kamiokande, que funciona em uma antiga mina a 1000 metros de profundidade. Durante sua jornada de 295 km através de rochas (que percorrem em uma fração de segundo, deslocando-se na velocidade da luz), alguns dos neutrinos do múon e dos antineutrinos do múon oscilam e mudam de tipo, tornado-se neutrinos do elétron.
Através da análise das diferenças dos tipos de neutrinos que foram produzidos no J-PARC e os que foram detectados no Super-Kamiokande com diferentes aromas do que os produzidos , a colaboração da T2K mostrou que os neutrinos parecem oscilar mais do que os antineutrinos. Os dados apontam inclusive para um máximo de assimetria no comportamento de neutrinos e antineutrinos.
Esses resultados, fruto de dez anos de dados acumulados no Super-Kamiokande com um total de detecções de 90 neutrinos eletrônicos e 15 antineutrinos eletrônicos, ainda não possuem expressão estatística suficiente para caracterizar uma descoberta, mas é uma importante sinalização. O experimento T2K irá continuar, agora com sensibilidade aumentada. E uma nova geração de experimentos deve multiplicar a produção de dados nos próximos anos: o Hyper-K, o sucessor ao Super-Kamiokande no Japão, cuja construção acabou de começar, e o Dune, que está sendo construído nos Estados Unidos e que deve começar a funcionar em 2027-2028. Se seus novos dados confirmarem os resultados preliminares do T2K, em dez anos os neutrinos podem responder por que antimatéria desapareceu do nosso Universo.
Publicado em 15/04/2020