Neutrinos são partículas subatómicas elusivas criadas numa grande variedade de processos nucleares. O seu nome, que significa “pequeno neutro”, refere-se ao facto de não transportarem qualquer carga eléctrica. Das quatro forças fundamentais do universo, os neutrinos só interagem com duas – a gravidade e a força fraca, que é responsável pelo decaimento radioactivo dos átomos. Quase sem massa, atravessam o cosmos quase à velocidade da luz.
Inúmeros neutrinos surgiram fracções de um segundo após o Big Bang. E estão sempre a ser criados novos neutrinos: nos corações nucleares das estrelas, em aceleradores de partículas e reactores atómicos na Terra, durante o colapso explosivo das supernovas e quando os elementos radioactivos decaem. Isto significa que há, em média, 1 bilião de vezes mais neutrinos do que protões no universo, segundo o físico Karsten Heeger da Universidade de Yale em New Haven, Connecticut.
Embora a sua ubiquidade, os neutrinos permanecem em grande parte um mistério para os físicos porque as partículas são tão difíceis de apanhar. Os neutrinos fluem através da maior parte da matéria como se fossem raios de luz que atravessam uma janela transparente, interagindo dificilmente com tudo o resto que existe. Cerca de 100 mil milhões de neutrinos estão a passar por cada centímetro quadrado do seu corpo neste momento, embora não se sinta nada.
Descobrir partículas invisíveis
Neutrinos foram inicialmente posicionados como a resposta a um enigma científico. No final do século XIX, os investigadores estavam confusos sobre um fenómeno conhecido como decadência beta, em que o núcleo dentro de um átomo emite espontaneamente um electrão. A decadência beta parecia violar duas leis físicas fundamentais: a conservação da energia e a conservação do impulso. No decaimento beta, a configuração final das partículas parecia ter pouca energia, e o protão estava parado em vez de ser derrubado na direcção oposta à do electrão. Foi só em 1930 que o físico Wolfgang Pauli propôs a ideia de que uma partícula extra poderia estar a voar para fora do núcleo, levando consigo a energia e o momento em falta.
“Eu fiz uma coisa terrível. Postulei uma partícula que não pode ser detectada”, disse Pauli a um amigo, referindo-se ao facto de que a sua hipótese do neutrino era tão fantasmagórica que quase não interagiria com nada e teria pouca ou nenhuma massa.
Mais de um quarto de século depois, os físicos Clyde Cowan e Frederick Reines construíram um detector de neutrino e colocaram-no fora do reactor nuclear na central atómica de Savannah River, na Carolina do Sul. A sua experiência conseguiu apanhar algumas das centenas de triliões de neutrinos que voavam do reactor, e Cowan e Reines enviaram orgulhosamente a Pauli um telegrama para o informar da sua confirmação. Reines ganharia o Prémio Nobel da Física em 1995 – altura em que Cowan tinha morrido.
Mas desde então, os neutrinos têm desafiado continuamente as expectativas dos cientistas.
O sol produz números colossais de neutrinos que bombardeiam a Terra. Em meados do século XX, os investigadores construíram detectores para procurar estes neutrinos, mas as suas experiências continuaram a mostrar uma discrepância, detectando apenas cerca de um terço dos neutrinos que tinham sido previstos. Ou algo estava errado com os modelos do sol dos astrónomos, ou algo estranho se passava.
Físicos acabaram por perceber que os neutrinos provavelmente vêm em três sabores, ou tipos diferentes. O neutrino comum é chamado neutrino de electrões, mas também existem dois outros sabores: um neutrino muon e um neutrino tau. Ao passarem pela distância entre o sol e o nosso planeta, os neutrinos oscilam entre estes três tipos, razão pela qual aquelas primeiras experiências – que tinham sido concebidas apenas para procurar um sabor – continuaram a faltar dois terços do seu número total.
Mas apenas as partículas que têm massa podem sofrer esta oscilação, contradizendo as ideias anteriores de que os neutrinos eram sem massa. Embora os cientistas ainda não conheçam as massas exactas dos três neutrinos, as experiências determinaram que o mais pesado deles deve ser pelo menos 0,0000059 vezes menor do que a massa do electrão.
Novas regras para os neutrinos?
Em 2011, os investigadores do Projecto de Oscilação com Aparelhos de Emulsão-Reparação (OPERA) em Itália causaram uma sensação mundial ao anunciarem que tinham detectado neutrinos a viajar mais depressa do que a velocidade da luz – uma empresa supostamente impossível. Embora amplamente noticiado nos meios de comunicação, os resultados foram recebidos com grande cepticismo por parte da comunidade científica. Menos de um ano depois, os físicos aperceberam-se de que os cabos defeituosos tinham imitado uma descoberta mais rápida do que a luz, e os neutrinos voltaram ao reino das partículas cosmicamente cumpridoras da lei.
Mas os cientistas ainda têm muito a aprender sobre os neutrinos. Recentemente, investigadores da Experiência Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) no Laboratório Nacional de Aceleradores Fermi (Fermilab) perto de Chicago forneceram provas convincentes de que detectaram um novo tipo de neutrino, chamado neutrino estéril. Tal descoberta corrobora uma anomalia anteriormente observada no Detector de Neutrino de Cintilador Líquido (LSND), uma experiência no Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México. Neutrinos estéreis iriam acabar com toda a física conhecida porque não cabem no que é conhecido como o Modelo Padrão, uma estrutura que explica quase todas as partículas e forças conhecidas excepto a gravidade.
Se os novos resultados do MiniBooNE se confirmarem, “Isso seria enorme; isso está para além do Modelo Padrão; isso exigiria novas partículas … e uma estrutura analítica totalmente nova”, disse a física de partículas Kate Scholberg da Universidade Duke ao Live Science.