Neutrino

O neutrino é uma partícula elementar sem carga elétrica e de massa insignificantemente pequena. Participa somente da interação fraca e por isso atravessa a matéria quase sem obstáculos.

Os neutrinos são, depois das partículas de luz, as partículas mais frequentes do universo. A cada segundo atravessam cerca de 65 bilhões deles um centímetro quadrado da sua pele, apenas procedentes do Sol. Você não percebe nada disso — e precisamente isso é a sua propriedade mais importante.

Por que são tão difíceis de capturar

Uma partícula torna-se visível ao interagir com algo. Para isso o neutrino dispõe apenas de duas das quatro forças fundamentais, e a gravidade carece de importância com esta massa. Resta a interação fraca.

Esta leva seu nome com razão — embora por um motivo distinto do que se suporia. Não é sua intensidade que é pequena, mas seu alcance. Ela é transmitida pelos bósons W e Z, e estes são cerca de oitenta vezes mais pesados que um próton. Uma partícula mediadora tão pesada mal chega longe; o alcance situa-se em um milésimo do diâmetro do próton.

Duas partículas devem, portanto, aproximar-se extraordinariamente para que algo aconteça. A seção de choque resulta em consequência diminuta: um neutrino atravessa sem esforço uma parede de chumbo de vários anos-luz de espessura.

Hans Bethe e Rudolf Peierls concluíram disso em 1934 que não havia nenhum caminho praticável para jamais observar um neutrino. Seu cálculo estava correto. Sua conclusão não estava.

Três espécies

Os neutrinos apresentam-se em três versões, que se chamam sabores. Cada uma pertence a um lépton carregado:

Que sejam exatamente três e não mais não é uma suposição, mas uma medição. Da largura de decaimento do bóson Z no CERN seguiu-se em 1989 o número três — para todas as espécies que de algum modo se acoplam à interação fraca. Se além disso existem neutrinos estéreis é questão que permanece aberta.

A cada espécie corresponde um antineutrino. Se neutrino e antineutrino são realmente distintos ou a mesma partícula em duas formas de aparição segue hoje sem resposta.

De onde vêm

Do Sol. Na fusão nuclear em seu interior surgem incessantemente neutrinos solares. São de longe a maior parte do que nos alcança.

Do envoltório atmosférico. A radiação cósmica gera a cerca de 15 quilômetros de altura neutrinos atmosféricos.

Dos reatores nucleares. Um reator de potência emite cerca de 10²⁰ antineutrinos por segundo.

Da Terra. O decaimento radioativo na rocha fornece geoneutrinos — o único modo de olhar o interior do planeta.

Do espaço. Supernovas como SN 1987A e núcleos de galáxias distantes emitem neutrinos que IceCube e KM3NeT captam.

Do Big Bang. Um fundo cósmico de neutrinos percorre todo o universo. Até agora ele não foi detectado — as energias são baixas demais.

A história da descoberta em resumo

Em 1930, Wolfgang Pauli propôs a partícula para salvar o princípio da conservação da energia no decaimento beta. Ele mesmo chamou isso de um recurso desesperado e duvidou de que algum dia ela fosse encontrada.

Em 1934, Enrico Fermi verteu a ideia em uma teoria e deu seu nome à partícula — do italiano para «pequena coisa neutra».

Em 1956, Frederick Reines e Clyde Cowan a detectaram junto a um reator nuclear, 26 anos depois da proposta de Pauli.

Em 1998 e 2002, Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald mostraram que os neutrinos se transformam uns nos outros. Ficava assim comprovado que possuem massa.

Com mais detalhe isso consta na cronologia.

A massa e o que depende dela

A oscilação de neutrinos prova que os neutrinos têm massa. Quão grande ela é ninguém sabe com exatidão. O experimento KATRIN delimitou-a abaixo de meio elétron-volt — o elétron pesa mais de um milhão de vezes isso.

Essa pequenez é ela mesma um enigma. Todas as demais massas do Modelo Padrão estão mais próximas entre si. O mecanismo seesaw a explica como sombra de algo muito pesado que ninguém viu ainda.

Com isso a massa do neutrino é até hoje o único achado de laboratório assegurado que aponta para além do Modelo Padrão. Essa é a razão pela qual em todo o mundo fluem bilhões para detectores cada vez maiores.

Os neutrinos como fonte de energia

O Neutrino® Energy Group segue a abordagem de obter corrente elétrica dos fluxos ambientais permanentemente presentes — não dos neutrinos sozinhos, mas de vários canais ao mesmo tempo: impulsos de partículas, múons cósmicos, flutuações eletromagnéticas e movimentos térmicos. A abordagem chama-se neutrinovoltaica e baseia-se, segundo o grupo, em estruturas multicamada de grafeno e silício.

Termos relacionados

• Oscilação de neutrinos — a transformação
• Seção de choque — por que a detecção é tão difícil
• Cronologia — a evolução desde 1930
• Glossário — todas as páginas em panorama

Fontes

• Particle Data Group: Review of Particle Physics, seção Neutrino Properties.
• Fundação Nobel: prêmios Nobel de Física de 1995, 2002 e 2015.