Daniel Z. Freedman

Daniel Z. Freedman (nascido em 1939) é um físico teórico norte-americano. Dele vem a previsão do espalhamento elástico coerente de neutrino por núcleo — aquele efeito que hoje torna possíveis detectores de neutrinos do tamanho de uma mala.

Além disso é conhecido como cofundador da supergravidade, um ramo bem diferente da física teórica.

A previsão de 1974

Freedman publicou em 1974 um trabalho que extraía uma consequência imediata da teoria da interação fraca, confirmada pouco antes.

O Gargamelle havia detectado em 1973 as correntes neutras: processos nos quais um neutrino interage por meio do bóson Z sem mudar sua identidade.

Freedman perguntou o que acontece quando um neutrino de baixa energia atinge um núcleo atômico inteiro. Sua resposta: com energia suficientemente pequena, o neutrino já não consegue distinguir os núcleons individuais. Ele então não se espalha em um próton ou nêutron, mas no núcleo como um todo — e as contribuições dos nêutrons individuais não se somam simplesmente, mas se reforçam de modo coerente.

O ganho quadrático

A consequência é notável: a seção de choque cresce com o quadrado do número de nêutrons.

Em um núcleo pesado como o césio, com 78 nêutrons, isso significa um fator de cerca de seis mil em relação ao espalhamento em um único núcleon.

Para uma partícula cujo problema principal consiste em quase nunca interagir, um fator seis mil é uma revolução. Ele é a razão pela qual um detector de poucos quilogramas basta onde de outro modo seriam necessárias milhares de toneladas.

Por que levou 43 anos

O próprio Freedman considerava a detecção difícil, e tinha razão.

O obstáculo está no recuo. O núcleo até absorve energia, mas muito pouca — ele se move em frações de um quiloelétron-volt. Distinguir um sinal desses de perturbações ultrapassava de longe a técnica de medição de sua época.

Somente em 2017 a colaboração COHERENT conseguiu a primeira detecção em uma fonte de espalação em Oak Ridge. Entre a previsão e a confirmação passaram-se 43 anos — comparáveis aos 26 anos entre a proposta de Pauli e a primeira detecção de neutrinos.

O que resultou disso

O efeito não é mais hoje uma curiosidade, mas uma ferramenta.

Ele permite detectores portáteis, como os que se discutem para a fiscalização de reatores nucleares. Ele é o canal por meio do qual se poderia pensar em comunicação por neutrinos com receptores menores. E ele é ao mesmo tempo um limite para a busca de matéria escura: a partir de certa sensibilidade, tais detectores veem inevitavelmente neutrinos solares.

Em 2025 o experimento CONUS+ detectou o efeito pela primeira vez também em antineutrinos de reator — em energias claramente mais baixas do que no COHERENT.

A segunda carreira

O trabalho mais conhecido de Freedman está em um terreno bem diferente. Em 1976 desenvolveu junto com Sergio Ferrara e Peter van Nieuwenhuizen a supergravidade — uma teoria que liga a supersimetria à teoria da gravitação de Einstein.

Por esse trabalho os três receberam em 2019 o Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics.

Que a mesma pessoa tenha contribuído com uma previsão da física de neutrinos e com uma pedra fundamental da gravitação quântica é incomum mesmo na física teórica.

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Fontes

  • D. Z. Freedman: Coherent effects of a weak neutral current, Physical Review D 9, 1389 (1974).
  • Colaboração COHERENT: Observation of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering, Science 357, 1123 (2017).