Cientistas do experimento KATRIN, localizado no Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha, anunciaram resultados que lançam nova luz sobre a existência do neutrino estéril, uma partícula hipotética que poderia reescrever o Modelo Padrão da física de partículas. As medições de alta precisão do decaimento do trítio não encontraram evidências para a partícula, contradizendo anomalias anteriores e aprofundando nossa compreensão do universo.
Os neutrinos são partículas subatômicas quase invisíveis, mas cruciais para a compreensão do cosmos. Embora o Modelo Padrão da física preveja três tipos conhecidos – elétron, múon e tau –, a descoberta das oscilações de neutrinos revelou que essas partículas possuem massa e podem se transformar entre si. Este fenômeno, por sua vez, abriu portas para a possibilidade de um quarto tipo de neutrino, o chamado neutrino estéril, que interagiria de forma ainda mais fraca com a matéria.
A ideia do neutrino estéril ganhou força ao longo dos anos devido a diversas anomalias experimentais, como déficits inesperados em experimentos com reatores nucleares e em medições com fontes de gálio. Confirmar sua existência representaria uma mudança paradigmática na física fundamental, justificando a intensidade da busca por essa partícula enigmática.
O experimento KATRIN e a busca pela assinatura do neutrino estéril
O experimento Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) foi concebido para medir a massa dos neutrinos, mas também se tornou a ferramenta mais precisa na caçada direta ao neutrino estéril. Com mais de 70 metros de extensão, o KATRIN monitora cuidadosamente as energias dos elétrons liberados durante o decaimento beta do trítio. Se um neutrino estéril fosse produzido, ele alteraria o padrão de energia dos elétrons emitidos, criando uma “dobra” ou “kink” reconhecível nesse espectro.
Desde o início de suas operações em 2019, o KATRIN tem coletado dados do decaimento beta do trítio com uma precisão sem precedentes, buscando especificamente essas minúsculas, mas reveladoras, desvios. A metodologia se diferencia de experimentos de oscilação, que observam a mudança de identidade dos neutrinos após percorrerem uma distância, pois o KATRIN examina a distribuição de energia no momento exato em que o neutrino é criado, oferecendo uma perspectiva complementar.
Resultados do KATRIN: ausência de evidências e o Modelo Padrão
Em um estudo recente publicado na revista Nature, a colaboração KATRIN detalhou a mais sensível busca por neutrinos estéreis via decaimento beta do trítio até hoje. Entre 2019 e 2021, o experimento registrou aproximadamente 36 milhões de elétrons ao longo de 259 dias de coleta de dados, alcançando uma precisão superior a um por cento. A análise desses dados não revelou qualquer evidência de um neutrino estéril.
Este resultado refuta uma vasta gama de possibilidades sugeridas por anomalias anteriores, incluindo os déficits observados em experimentos com reatores e fontes de gálio. De forma ainda mais contundente, as descobertas do KATRIN contradizem completamente o experimento Neutrino-4, que havia reivindicado evidências da existência de tal partícula. Segundo informações do portal ScienceDaily, a baixa taxa de fundo do KATRIN garante que quase todos os elétrons detectados se originam do decaimento do trítio, permitindo uma medição excepcionalmente limpa do espectro de energia. Thierry Lasserre, do Max-Planck-Institut für Kernphysik, em Heidelberg, e líder da análise, explica que “nosso novo resultado é totalmente complementar a experimentos de reator como o STEREO”, e que “juntos, as duas abordagens agora consistentemente descartam neutrinos estéreis leves que se misturariam notavelmente com os tipos de neutrinos conhecidos”.
A ausência de evidências para o neutrino estéril pelo experimento KATRIN fortalece a robustez do Modelo Padrão da física de partículas, ao mesmo tempo em que direciona futuras investigações. Embora a busca por essa partícula elusiva não esteja encerrada, com o KATRIN continuando a coletar dados até 2025 para aumentar ainda mais sua sensibilidade, os resultados atuais representam um marco significativo. Eles fecham um capítulo importante na busca por novas partículas fundamentais e reafirmam a capacidade da ciência de refinar e aprofundar nossa compreensão das leis que governam o universo.
