Takaaki Kajita

Takaaki Kajita (梶田 隆章, nascido em 9 de março de 1959 em Higashimatsuyama, província de Saitama) é um físico japonês. Ele demonstrou em 1998 que os neutrinos se convertem uns nos outros ao longo de seu caminho — e, com isso, que possuem massa. Por esse feito recebeu em 2015, junto com Arthur B. McDonald, o Prêmio Nobel de Física.

Trajetória

Kajita estudou na Universidade de Saitama e transferiu-se para o doutorado à Universidade de Tóquio, onde concluiu em 1986 com Masatoshi Koshiba. Assim pertenceu desde o início àquele grupo de trabalho que operava, em uma mina de zinco perto de Kamioka, um dos detectores mais incomuns do mundo.

Desde 1988 trabalha no Institute for Cosmic Ray Research da Universidade de Tóquio, cuja direção assumiu em 2008.

O enigma que o esperava

O detector Kamiokande havia sido construído originalmente para uma pergunta completamente diferente: queria-se ver se os prótons decaem. O decaimento do próton não apareceu — até hoje. Em vez disso, os participantes notaram outra coisa.

Os neutrinos atmosféricos surgem quando a radiação cósmica atinge a camada de ar. Da cadeia de decaimento dos píons assim produzidos decorre uma expectativa clara: para cada neutrino do elétron deveriam vir dois neutrinos do múon. Essa razão quase não depende de quão intensa está a radiação cósmica no momento — não é preciso, portanto, conhecer exatamente a fonte para ter uma previsão nítida.

Mas o Kamiokande media claramente poucos neutrinos do múon. O achado estava sobre a mesa desde meados dos anos 1980 e chamava-se anomalia dos neutrinos atmosféricos. A princípio ele não foi levado a sério. A suposição mais imediata era a de que o detector não distinguia os tipos de partícula com limpeza suficiente.

O artifício: a Terra como escala

A contribuição de Kajita foi formular a pergunta de outro modo. Em vez de perguntar quantos neutrinos do múon faltam, ele perguntou de que direção eles faltam.

O pensamento por trás disso é de grande simplicidade. Um detector bem fundo sob a terra recebe neutrinos de todas as direções — mas eles têm caminhos muito diferentes atrás de si. O que vem de cima surgiu cerca de 15 quilômetros acima do detector. O que vem de baixo surgiu do outro lado do planeta e percorreu cerca de 13 000 quilômetros.

Uma única e mesma instalação mede assim simultaneamente um trajeto muito curto e um muito longo. E como a oscilação de neutrinos depende do comprimento do caminho, o efeito tem de aparecer como dependência do ângulo de incidência — se é que ele existe.

Um erro do detector não teria se comportado assim. Teria atuado igualmente em cima e embaixo.

A decisão de 1998

Para a resposta era preciso um detector maior. O Super-Kamiokande entrou em operação em 1996: 50 000 toneladas de água muito pura, cercadas por mais de onze mil fotomultiplicadores, 1 000 metros abaixo do monte Ikeno.

Depois de dois anos de medição o resultado estava disponível. De cima chegava o número esperado de neutrinos do múon. De baixo chegava cerca da metade. Os neutrinos do elétron não mostravam tal déficit — eles vinham das duas direções conforme o calculado.

Os neutrinos do múon não haviam, portanto, desaparecido no longo caminho através da Terra. Eles haviam se convertido, predominantemente em neutrinos do tau, que o detector não via.

Kajita apresentou o achado em junho de 1998 no congresso Neutrino 98, em Takayama, no Japão. Testemunhas contam que a sala aplaudiu por minutos depois da palestra — algo incomum em uma conferência especializada.

Por que isso pesou tanto

A detecção da oscilação tem uma consequência que vai muito além da física de neutrinos. Só pode oscilar aquilo que tem massa — e, além disso, massas diferentes para os diversos tipos.

O modelo padrão da física de partículas havia tratado os neutrinos por décadas como sem massa. Era a teoria mais bem-sucedida da física, confirmada em centenas de medições. O resultado de Kajita mostrou que ela é incompleta nesse ponto.

Esse é até hoje o único achado de laboratório assegurado que aponta para além do modelo padrão. De onde vêm as massas dos neutrinos está em aberto; o mecanismo seesaw é a tentativa de explicação mais conhecida.

Depois disso

Kajita permaneceu fiel à pesquisa fundamental, mas mudou de campo. Ele dirige a construção do KAGRA, um detector japonês de ondas gravitacionais que fica igualmente sob a terra em Kamioka — nas mesmas montanhas em que os neutrinos são medidos.

De 2020 a 2023 foi presidente do Conselho de Ciência do Japão. Nessa função manifestou-se várias vezes sobre a liberdade da pesquisa e sobre a responsabilidade dos cientistas perante a sociedade.

Termos relacionados

• Super-Kamiokande — o detector
• Neutrinos atmosféricos — a fonte
• Oscilação de neutrinos — o processo
• Masatoshi Koshiba — seu professor
• Arthur B. McDonald — seu colaureado

Fontes

• Colaboração Super-Kamiokande (Y. Fukuda et al.): Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos, Physical Review Letters 81, 1562 (1998).
• Fundação Nobel: Prêmio Nobel de Física 2015, motivação e palestra Nobel de Takaaki Kajita.