Antineutrino
O antineutrino é a antipartícula do neutrino. Ele surge em toda parte onde núcleos emitem elétrons por decaimento beta — em reatores nucleares, no interior da Terra e nas estrelas.
Historicamente é o mais importante dos dois: a primeira detecção de um neutrino por Cowan e Reines foi na verdade a detecção de um antineutrino.
A contabilidade do número leptônico
A diferença está em uma grandeza conservada. Atribui-se a cada lépton o número +1, a cada antilépton −1. Em todos os processos conhecidos a soma se conserva.
No decaimento beta comum um nêutron torna-se um próton, um elétron e um antineutrino. O elétron carrega +1, o antineutrino −1; juntos zero, como antes do decaimento.
No decaimento de um próton no interior do núcleo surgem um pósitron e um neutrino: −1 e +1. Novamente a conta fecha.
Essa regra não é uma dedução a partir de um princípio mais profundo. É uma observação — e precisamente por isso interessante, pois regras sem fundamentação são as que mais facilmente caem.
A diferença prática
A contabilidade tem consequências concretas para a detecção.
Um antineutrino pode transformar um próton em um nêutron e um pósitron — o decaimento beta inverso. Nisso se baseiam todos os experimentos com reatores, de Daya Bay a JUNO, e a ele se deve o característico sinal duplo de dois clarões de luz. O processo tem um limiar de 1,8 megaelétron-volt; abaixo disso a energia não basta.
Um neutrino não pode fazer isso. Ele transforma, em vez disso, um nêutron em um próton e um elétron. Esse é o processo que Raymond Davis utilizou no experimento Homestake — e a razão pela qual seu tanque de cloro respondia a neutrinos solares, mas não a antineutrinos de reator.
Davis verificou isso expressamente: instalou um tanque junto a um reator e não encontrou nada. Um controle negativo exemplar — e ao mesmo tempo uma prova de que a distinção é real e não mera contabilidade.
O que faz a diferença
Em partículas carregadas a diferença é evidente: o pósitron carrega a carga oposta à do elétron, e nenhuma medição poderia confundir os dois.
No neutrino não há carga. O que distinguimos como neutrino e antineutrino distingue-se de forma mensurável unicamente na helicidade — na questão de se o momento angular próprio aponta na direção do voo ou contra ela.
E precisamente aí está o ponto fraco. Em uma partícula com massa a helicidade não é uma propriedade absoluta. Um observador suficientemente rápido poderia ultrapassar a partícula; vista de frente, a direção do voo se inverte, mas o spin não.
Como a oscilação de neutrinos comprova a massa, a distinção é portanto dependente do observador — ao menos em princípio.
A questão aberta: Dirac ou Majorana
Com isso coloca-se uma questão que Ettore Majorana levantou em 1937: seriam neutrino e antineutrino porventura a mesma partícula, que apenas parece distinta conforme as circunstâncias?
Tais partículas chamam-se hoje partículas de Majorana. A alternativa — ambos como estados realmente distintos — chama-se partícula de Dirac, em referência a Paul Dirac, de cuja equação a existência de antipartículas originalmente decorreu.
A questão só poderia ser decidida pelo duplo decaimento beta sem neutrinos. Ele só é possível se Majorana tinha razão. Apesar de décadas de busca, ele não foi observado.
Por que a resposta seria importante
Se o neutrino fosse uma partícula de Majorana, o número leptônico não seria uma grandeza rigorosamente conservada. Isso abriria o caminho para o mecanismo seesaw, que poderia explicar por que as massas dos neutrinos são tão minúsculas — e, pela leptogênese, para uma explicação de por que o universo é feito de matéria e não de nada.
De uma questão aparentemente técnica depende assim uma das maiores questões abertas que existem.
Termos relacionados
- Neutrino — a partícula
- Neutrinos de reator — a mais forte fonte artificial
- Helicidade — a única diferença mensurável
- Duplo decaimento beta — a possível detecção
Fontes
- E. Majorana: Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone, Il Nuovo Cimento 14, 171 (1937).
- Particle Data Group: Review of Particle Physics, seção Neutrinos.