A anomalia nas medições do reator nuclear não se deve a uma nova partícula

Mais Zoom / Um diagrama esquemático da matriz de detectores em estéreo (à esquerda) e sua localização perto de um reator nuclear (à direita).

Loris Scola – CEA

Os neutrinos são talvez as partículas mais estranhas que conhecemos. É muito, muito mais leve do que qualquer outra partícula de massa e só interage com outra matéria através da força fraca – o que significa que dificilmente interage com qualquer coisa. Três tipos (ou sabores) de neutrinos foram identificados e qualquer partícula individual não tem identidade fixa. Alternativamente, pode ser visto como uma superposição quantitativa de todos os três sabores e oscilará entre essas identidades.

Como se tudo isso não bastasse, um conjunto de medições estranhas sugeriu que poderia haver um quarto tipo de neutrino que não interage nem mesmo por meio da força fraca, tornando-o impossível de detectar. Esses “neutrinos estéreis” poderiam explicar as pequenas massas de outros neutrinos, bem como a presença de matéria escura, mas a coisa “impossível de detectar” torna difícil lidar diretamente com sua presença.

Os indícios mais fortes de sua existência vêm de estranhos resultados de medições em experimentos com outros tipos de neutrinos. Mas um novo estudo hoje descarta os neutrinos estéreis como uma explicação para uma dessas anomalias – mesmo confirmando que as anomalias são reais.

Descoberta indetectável

Podemos detectar a presença de partículas de duas maneiras: ou elas interagem diretamente com outra substância ou se decompõem em uma ou mais partículas. É isso que torna os neutrinos estéreis indetectáveis. Eles são partículas fundamentais e não devem se decompor em nada. Eles também só interagem com outras matérias por gravidade, e suas massas baixas tornam impossível a detecção por esse caminho.

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Em vez disso, podemos detectá-los por meio de oscilações de neutrinos. Você poderia configurar um experimento que produz um certo tipo de neutrino a uma taxa conhecida e então tentar detectar esses neutrinos. Se houvesse neutrinos estéreis, alguns dos neutrinos que eles produziriam oscilariam nessa identidade e, portanto, não seriam detectados. Então você acaba medindo menos neutrinos do que poderia esperar.

Isso é exatamente o que costumava acontecer em reatores nucleares. Um dos produtos do decaimento radioativo (que é impulsionado pela força fraca) são os neutrinos, de modo que os reatores nucleares produzem grandes quantidades dessas partículas. No entanto, medições usando detectores colocados nas proximidades detectaram cerca de 6% menos neutrinos do que o esperado. A rápida oscilação em neutrinos estéreis poderia explicar essa discrepância.

Mas essas experiências são realmente difíceis. Os neutrinos raramente interagem com os detectores, de modo que apenas uma fração dos produzidos é registrada. E os reatores nucleares são ambientes incrivelmente complexos. Mesmo se você começar com uma amostra pura de um único isótopo radioativo, o decaimento rapidamente transforma as coisas em uma mistura complexa de novos elementos, alguns radioativos e outros não. Os nêutrons emitidos também podem converter o equipamento do reator em novos isótopos que podem ser radioativos. Portanto, é difícil saber exatamente quantos neutrinos você produz para começar e a fração exata de neutrinos que você produz que será registrada pelo seu detector.

Por todas essas razões, é difícil ter certeza de que quaisquer anomalias nas medições de neutrinos sejam reais. Os físicos tendem a esperar para ver as indicações de que algo estranho está acontecendo.

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