Massa do neutrino
Que os neutrinos possuem massa está comprovado desde 1998. Quão grande ela é ninguém sabe até hoje. Conhecem-se apenas limites superiores e inferiores — e estes estão muito afastados entre si.
É a única massa de partícula no Modelo Padrão que permaneceu indeterminada.
O que a oscilação revela — e o que não
A oscilação de neutrinos prova a massa, porque uma partícula sem massa não poderia transformar-se. Mas ela fornece apenas diferenças de quadrados de massas, nunca valores absolutos:
| Grandeza | valor medido |
|---|---|
| Δm²₂₁ | cerca de 7,5 × 10⁻⁵ eV² |
| Δm²₃₁ | cerca de 2,5 × 10⁻³ eV² |
Dessas diferenças decorre um limite inferior: o mais pesado dos três estados precisa pesar ao menos cerca de 0,05 elétron-volt. Menos não é possível, senão as distâncias não se encaixariam.
Para cima elas nada dizem. As três massas poderiam estar todas em um elétron-volt, com as mesmas pequenas distâncias entre si.
Três caminhos para a resposta
O caminho cinemático. O KATRIN mede a extremidade superior do espectro de elétrons no decaimento beta do trítio. Se o neutrino tem massa, o espectro termina um pedacinho antes. Esse caminho dispensa hipóteses de modelo e baseia-se unicamente na conservação de energia e momento.
Situação em 2025: abaixo de 0,45 elétron-volt. A meta da instalação é 0,2.
O caminho pelo duplo decaimento beta. Se se encontrar o duplo decaimento beta sem neutrinos, pode-se derivar disso uma massa efetiva. O senão: isso só funciona se o neutrino for sua própria antipartícula — o caminho pressupõe, portanto, aquilo que deveria coprovar.
O caminho cosmológico. Os neutrinos eram tão numerosos no universo primitivo que sua massa influenciou a formação das estruturas em larga escala. Da distribuição das galáxias e do fundo de micro-ondas decorrem limites para a soma das três massas que são mais estritos do que tudo no laboratório — embora dependam do modelo cosmológico adotado.
Os três caminhos são independentes entre si. Se chegassem a resultados incompatíveis, isso seria em si um achado.
A ordem em aberto
Além do valor, também o arranjo é desconhecido.
Na ordem normal dois estados são leves e um é nitidamente mais pesado. Na invertida é o contrário. Ambas se harmonizam com todas as medições até agora.
O JUNO deve decidir isso a partir da fina estrutura ondulatória no espectro dos neutrinos de reator, e o DUNE pelo efeito MSW na passagem pela crosta terrestre.
Da resposta depende mais do que um número de ordem. Em arranjo invertido o duplo decaimento beta sem neutrinos seria nitidamente mais fácil de encontrar — em arranjo normal ele poderia permanecer inalcançável por tempo previsível.
Por que a pequenez é ela mesma um enigma
O elétron, a mais leve partícula carregada, pesa 511 000 elétron-volts. Um neutrino pesa no mínimo um milhão de vezes menos.
Todas as demais massas do Modelo Padrão situam-se dentro de poucas ordens de grandeza umas das outras. Os neutrinos fogem ao padrão — e tanto que o acaso como explicação não satisfaz ninguém.
A tentativa de explicação mais conhecida é o mecanismo seesaw: a pequenez seria a sombra de partículas parceiras muito pesadas, até agora não observadas.
Por que o valor conta
Os neutrinos são tão numerosos que mesmo uma massa minúscula pesa na balança. Somando todos os neutrinos do universo observável, eles contribuem, conforme a massa, com aproximadamente tanto quanto todas as estrelas visíveis — ou nitidamente mais.
Com isso a massa do neutrino é uma grandeza da cosmologia e da física de partículas ao mesmo tempo. Isso é raro, e explica por que comunidades científicas tão distintas aguardam por ela.
Termos relacionados
- KATRIN — a medição direta
- Mecanismo seesaw — a tentativa de explicação
- Duplo decaimento beta — o segundo acesso
- JUNO — a questão da ordem
Fontes
- Colaboração KATRIN: Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data, Science 388, 180 (2025).
- Particle Data Group: Review of Particle Physics, seção Neutrino Masses, Mixing, and Oscillations.