Efeito MSW
O efeito MSW explica por que os neutrinos se comportam na matéria de modo diferente do que no vácuo. Ele é a resolução do problema dos neutrinos solares e recebe o nome de Mikheyev, Smirnov e Wolfenstein.
A ideia básica
Um neutrino que atravessa a matéria encontra continuamente elétrons, prótons e nêutrons. As interações são raras — mas mesmo sem uma colisão real a partícula sente o ambiente, de modo semelhante a como a luz se torna mais lenta no vidro sem perder fótons isolados.
Decisivo é um tratamento desigual. Todas as três espécies de neutrinos podem espalhar-se na matéria pelo bóson Z. Mas somente o neutrino do elétron pode adicionalmente interagir com elétrons pelo bóson W — pois só para ele existe um parceiro adequado na matéria comum.
O neutrino do elétron experimenta com isso um potencial adicional. Ele se move, por assim dizer, através de um meio diferente do de seus dois irmãos.
Lincoln Wolfenstein descreveu esse efeito em 1978.
A ressonância
Stanislav Mikheyev e Alexei Smirnov mostraram em 1985 que disso decorre algo notável em uma estrela.
No núcleo solar a densidade é enormemente alta. No caminho para fora ela diminui continuamente, até o neutrino sair para o vácuo. Em algum ponto desse caminho ele atravessa uma densidade na qual o potencial adicional compensa exatamente a diferença de massas.
Nesse ponto a mistura torna-se máxima — a transformação de uma espécie em outra ocorre ali do modo mais eficaz. Se a transição acontece devagar o bastante, o neutrino acompanha o ambiente que se altera e deixa o Sol predominantemente como uma espécie diferente daquela em que surgiu.
Por que isso depende da energia
Aqui está o ponto em que o efeito pôde ser comprovado.
A densidade de ressonância depende da energia do neutrino. Neutrinos ricos em energia encontram sua ressonância fundo no núcleo solar e são fortemente transformados. Neutrinos pobres em energia já nem alcançam a densidade adequada — eles simplesmente oscilam como no vácuo.
Daí decorre uma previsão que se pode medir:
| Faixa de energia | sobrevivência esperada como neutrino do elétron |
|---|---|
| abaixo de 1 MeV, por exemplo neutrinos pp | cerca de 55 por cento, comportamento de vácuo |
| acima de 5 MeV, por exemplo boro-8 | cerca de 30 por cento, regime MSW |
Exatamente esse padrão os experimentos encontraram. O experimento Homestake, com limiar alto, viu um terço; GALLEX e SAGE, com limiar baixo, cerca de 60 por cento. O Borexino mediu depois a faixa de transição entre eles e confirmou a curva prevista.
Por que isso é tão convincente
Um erro de modelo no Sol teria afetado todas as energias de modo uniforme. Uma simples oscilação de vácuo teria igualmente produzido outro padrão.
O efeito MSW previu a forma da dependência da energia antes que ela fosse medida — e ela coincidiu. Essa é a mais forte espécie de prova que a física conhece.
Onde ele desempenha um papel hoje
O efeito há muito não é mais um caso particular do Sol, mas uma ferramenta.
A ordem das massas. Na passagem pela crosta terrestre o efeito atua de modo diferente conforme qual massa de neutrino é a maior. O DUNE usa exatamente isso em seu percurso de 1 300 quilômetros, assim como a parte ORCA do KM3NeT com neutrinos atmosféricos.
Supernovas. No núcleo estelar em colapso reinam densidades nas quais o efeito remodela todo o espectro de neutrinos. Em uma futura supernova poder-se-ia inferir daí os processos no interior.
Termos relacionados
- Problema dos neutrinos solares — o enigma resolvido
- Oscilação de neutrinos — o processo no vácuo
- Neutrinos solares — as partículas afetadas
- Sudbury Neutrino Observatory — a detecção
Fontes
- L. Wolfenstein: Neutrino oscillations in matter, Physical Review D 17, 2369 (1978).
- S. P. Mikheyev, A. Yu. Smirnov: Resonance amplification of oscillations in matter and spectroscopy of solar neutrinos, Soviet Journal of Nuclear Physics 42, 913 (1985).