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Pesquisa com neutrinos premiada por Nobel de Física ajuda a desvendar os fundamentos do Universo

O japonês Takaaki Kajita e o canadense Arthur B. McDonald ganharam o prêmio nesta terça-feira (6) pela descoberta das oscilações dos neutrinos, partículas elementares da matéria, fenômeno que revelou que eles têm massa

Dois pesquisadores que dedicaram suas vidas à pesquisa sobre o neutrino, partícula elementar da matéria que é a segunda mais abundante do Universo (perde apenas para o fóton, partícula de luz), ganharam o Prêmio Nobel de Física nesta terça-feira (6). O japonês Takaaki Kajita e o canadense Arthur B. McDonald foram reconhecidos pela descoberta das oscilações dos neutrinos, fenômeno que prova que eles têm massa. Grande parte dessas partículas é produzida em reações nucleares no interior do Sol. Por isso, compreender sua dinâmica é também conhecer o funcionamento do Sistema Solar.

“Os neutrinos nos ajudam a desvendar e compreender os fundamentos do Universo”, disse o físico Marcelo Moraes Guzzo, professor do Instituto de Física da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) ao site de VEJA. “Para cada elétron existente estima-se que existam 10 bilhões de neutrinos: estão flutuando em toda parte e, por isso, entender como funcionam é também entender o cosmos.”

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Partícula misteriosa – Os neutrinos foram tidos, durante décadas, como as partículas mais esquivas e misteriosas do cosmos. Em 1930, o austríaco Wolfgang Pauli, postulou sua existência para resolver um dilema envolvendo uma certa forma de decaimento radioativo: o fenômeno parecia registrar mais energia inicial que final, o que contradiz um dos pilares da física, o de conservação de energia. Pauli afirmou que havia mais uma partícula elementar sendo emitida juntamente com o elétron, o neutrino (pequeno neutro, em italiano), e com essa teoria recebeu o Nobel de Física de 1945. Em 1933, o italiano Enrico Fermi formulou a hipótese que estabelecia a relação entre o neutrino e outras partículas e ganhou o mesmo prêmio em 1938. Mas foi só em 1956 que os físicos Clyde Cowan Jr. e Frederick Reines (que ganharia o Nobel de Física em 1995) a detectaram.

Para enquadrar-se nas leis da física, a nova partícula deveria ser eletricamente neutra (como o nêutron) e não possuir massa – por essas características ganhou a alcunha de “partícula fantasma”.

A partir de 1956, os físicos descobriram que existem três “tipos” ou “sabores” (“flavors”, em inglês) de neutrinos, o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o netrino do tau. Essas descobertas seriam fundamentais para resolver outro problema da física. As teorias previam que certa quantidade de neutrinos com origem no Sol deveria chegar à Terra, mas nossos detectores (construídos sob o solo para diminuir as interferências) só identificavam cerca de um terço dela. Uma das soluções apontadas para o impasse foi a ideia de que os neutrinos pudessem “mudar de identidade”, ou seja, oscilar de um “sabor” para o outro. Os observatórios de neutrinos estavam em busca dos neutrinos do elétron, emitidos pelo Sol. Mas, talvez, durante o caminho até a Terra eles pudessem se transformar em algum dos dois outros tipos e, por isso, não estavam sendo captados pelos observatórios.

Kajita, que trabalhava em um grande detector de neutrinos no Japão, o Super Kamiokande, e McDonald, cientista do Observatório Sudbury de Netrinos, no Canadá, conseguiram captar esses neutrinos de “sabores” diferentes. Em 1998, Kajita descobriu que os neutrinos da atmosfera se alternavam entre duas identidades em sua trajetória até o detector e, um ano depois, McDonald anunciou que os neutrinos que partiam do Sol estavam mudando de “identidade”. Para essa oscilação ser possível, os neutrinos precisam possuir massa, mesmo que pequena.

Contra o Modelo – A descoberta da “mudança de identidade” e, consequentemente, da massa do neutrino contrariava o Modelo Padrão, estabelecido por físicos na década de 1970 para descrever as partículas fundamentais que compõem a matéria. De acordo com ele, os neutrinos não possuem massa e, por isso, a descoberta da dupla ganhadora do Nobel este ano foi “histórica”, de acordo com o comitê do prêmio.

“O Modelo Padrão para o funcionamento da matéria foi incrivelmente bem sucedido, resistindo a todos os desafios experimentais por mais de duas décadas. Contudo, as novas observações mostraram claramente que o Modelo não pode ser a teoria completa dos constituintes fundamentais do Universo.” A descoberta das oscilação dos neutrinos levou o Modelo a ser reformulado, um processo contínuo nas últimas décadas.

“Os neutrinos são partículas importantes porque levantam problemas e também soluções para a física de partículas. O Modelo Padrão, que tem sofrido revisões, tem um objetivo grandioso, que é descrever como o Universo funciona – parte dos neutrinos é produzida no interior do Sol, astro que afeta diretamente nossa existência. Entender o que acontece com eles é também entender nossa vida no cosmo”, diz Guzzo.

De acordo com a Academia Real Sueca de Ciências, que concede o Nobel, novas descobertas sobre os segredos dos neutrinos irão “mudar o conhecimento sobre a história, estrutura e destino do Universo.”