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Opinião
Comentário de João G. Rosa, Investigador de pós-doutoramento no Departamento de Física
Prémio Nobel da Física 2015: a importância da resolução do enigma dos neutrinos solares
João G. Rosa, Investigador de pós-doutoramento no Departamento de Física
Este ano o Prémio Nobel da Física foi entregue a Takaaki Kajita e Arthur McDonald, os dois cientistas responsáveis pela descoberta de massa nos neutrinos. João G. Rosa, investigador de pós-doutoramento no Departamento de Física, explica a importância desta descoberta.

O prémio Nobel da Física foi, este ano, atribuído ao japonês Takaaki Kajita e ao canadiano Arthur B. McDonald, físicos que lideraram as duas experiências que, no virar do milénio, resolveram o enigma dos neutrinos solares e com isso abriram um novo caminho na investigação em física fundamental.

Das partículas elementares (sem estrutura interna) conhecidas, o neutrino é talvez a que mais questões levantou desde que foi postulado, em 1930, pelo físico austríaco Wolfgang Pauli, que procurava explicar a misteriosa energia em falta em certos decaímentos radioativos. Pauli propôs a existência de uma nova partícula neutra, extremamente leve, e que só muito raramente interagiria com outras partículas. Isto tornou muitíssimo difícil a sua deteção, que só veio a acontecer em 1956 com a experiência dos físicos americanos Cowan e Reines.

Sabemos hoje que milhares de biliões de neutrinos atravessam os nossos corpos diariamente - alguns produzidos no início do Universo, outros em violentas explosões estelares e muitos em decaimentos radioativos naturais. A grande maioria dos neutrinos que chegam à Terra provém, no entanto, de reações nucleares no interior do Sol. O grande enigma surgiu na década de 60, quando se concluiu que apenas 1/3 do número previsto de neutrinos solares era detetado!

Uma das explicações propostas para este défice baseia-se no facto de existirem três espécies (´sabores’) de neutrino - o neutrino-eletrão, -muão e -tau, cujos nomes advêm das partículas carregadas às quais estão associados. Como as reações nucleares no Sol produzem apenas o neutrino-eletrão, especulou-se que estes pudessem mudar de ‘sabor’ no seu trajeto para a Terra.

Este fenómeno tem origem nas leis da Mecânica Quântica, onde cada partícula, com uma certa energia, é descrita por uma onda de frequência correspondente. Cada neutrino é, na realidade, uma superposição de três ondas distintas, correspondentes a estados de diferente massa. Esta sobreposição determina, em cada ponto do espaço, a probabilidade de encontrar cada tipo de neutrino. Como as três ondas ficam desfasadas ao percorrer grandes distâncias, esta probabilidade oscila, e um neutrino-eletrão pode, por exemplo, chegar à Terra na forma de um neutrino-muão!

A experiência Super-Kamiokande (1998), no Japão, e o Sudbury Neutrino Observatory (SNO, 2001), no Canadá, vieram confirmar esta hipótese. Estas experiências foram desenhadas para, utilizando enormes tanques subterrâneos, detetar e distinguir colisões entre os diferentes tipos de neutrino e moléculas de água. A primeira mostrou que os neutrinos-muão produzidos na atmosfera por raios cósmicos alteram a sua identidade quando atravessam toda a Terra para chegar ao detetor, levando a um menor número de deteções na direção ascendente. A experiência SNO mostrou, por sua vez, que o número total de neutrinos detetado, nos três diferentes tipos, está de acordo com o fluxo solar previsto, correspondendo 2/3 a neutrinos-muão e -tau que não são diretamente produzidos no Sol.

A solução deste enigma levou, contudo, a novas questões. O Modelo Padrão da física de partículas, umas das mais bem-sucedidas teorias científicas, prevê que os neutrinos não tenham massa, mas o fenómeno de oscilação requer diferenças de massa entre os três tipos de neutrino! O Prémio Nobel da Física 2015 foi assim merecidamente atribuído a uma descoberta que revolucionou a física moderna. A oscilação dos neutrinos mostra-nos que tem de haver uma teoria melhor que o Modelo Padrão e que há ainda muito por descobrir sobre o mundo das partículas elementares.

São importantes descobertas como esta que nos levam, no grupo Gr@v da Universidade de Aveiro (http://gravitation.web.ua.pt) a procurar novas teorias científicas que deem resposta a estas e outras questões em física fundamental e que nos ensinem mais acerca do (ainda) misterioso Universo em que vivemos.

 

João G. Rosa

Investigador de pós-doutoramento do Gr@v (Departamento de Física e CIDMA)

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