Pela primeira vez, detectaram-se neutrinos a bater no núcleo de átomos

Em 1974, previu-se uma nova forma de um neutrino interagir com a matéria. Essa interacção acaba de ser comprovada e teve o contributo do detector mais pequeno do mundo.

Digamos que os neutrinos são partículas elementares muito fugazes. Têm massa, carga eléctrica nula e interagem muito pouco com a matéria, incluindo o nosso corpo, que atravessam aos milhares de milhões por segundo sem grandes interacções. Por isso, a sua detecção é muito difícil. Agora, um grupo de cerca de 80 cientistas de quase 20 instituições, através da Colaboração Coherent, conseguiu observar pela primeira vez a colisão de um neutrino com o núcleo de um átomo. 

Ao todo, existem três tipos de neutrinos: o neutrino do electrão, o do muão e o do tau. Por exemplo, os neutrinos do electrão são emitidos em enormes quantidades pelo Sol, onde são produzidos por reacções nucleares. À Terra chegam 65 mil milhões de neutrinos por segundo e por centímetro quadrado. E já desde os anos 70 que várias experiências os detectaram a chegar ao nosso planeta.

Por essa altura, mais exactamente em 1974, Daniel Freedman, físico do Fermilab, um laboratório de física de partículas de altas energias nos Estados Unidos, previu uma nova forma de os neutrinos interagirem com a matéria. Esta interacção chama-se “dispersão elástica coerente neutrino-núcleo” (CEνNS, na sigla em inglês). Nessa interacção, o neutrino espalha-se pelo núcleo do átomo como um todo. Esta interacção fugaz foi agora observada, 43 anos depois da sua teorização, e vem relatada esta sexta-feira na revista Science. E confirma assim uma previsão do Modelo-Padrão, a melhor descrição teórica que temos de todas as partículas e das interacções entre elas.

A investigação decorreu num acelerador de partículas do Laboratório Nacional de Oak Ridge (nos Estados Unidos), onde foram gerados feixes de neutrões muito intensos e produzidos também neutrinos, mas em pequenas quantidades. Num corredor subterrâneo daquela fábrica de neutrões e neutrinos foi colocado um pequeno detector para tentar apanhar os neutrinos. Tem apenas cerca de 15 quilos e, segundo a Universidade de Chicago (Estados Unidos), é o detector de neutrinos mais pequeno do mundo. E o corredor onde foi instalado é conhecido entre os cientistas como “beco dos neutrinos”.

Por que demorou tantas décadas a observar-se a interacção neutrino-núcleo? “O que acontece é muito subtil”, respondeu Juan Collar, da Universidade de Chicago e um dos autores do artigo, citado num comunicado do Laboratório Nacional de Oak Ridge.

Quando um neutrino bate no núcleo de um átomo, isso provoca um recuo no núcleo mas que é muito pequeno e pouco mensurável. Se se fizer um detector com átomos pesados, como iodo, césio e xénon, está-se assim a aumentar bastante a probabilidade de um neutrino bater num desses núcleos. Para aumentar a probabilidade desta interacção, a equipa usou cristais de iodeto de césio activado com sódio, cujo núcleo tem o tamanho ideal para a experiência e que podia gerar um flash de luz (resultante do impacto do netrino no núcleo) suficiente para ser captado pelos detectores. “Imagine que os neutrinos são bolas de pingue-pongue que batem numa bola de bowling. Elas vão dar apenas um pequeno impulso extra a esta bola de bowling”, explicou Juan Collar. “Foi um casamento entre a fonte ideal e o detector ideal que permitiu que a experiência funcionasse”, considerou.

“Não tem de se construir um laboratório gigante. Podemos agora pensar em construir outros pequenos detectores que podem ser usados, por exemplo, para monitorizar o fluxo de neutrinos nas centrais nucleares”, acrescentou Bjorn Scholz, estudante de doutoramento da Universidade de Chicago e também autor do trabalho.

Mas estas partículas continuam enigmáticas. “Ignoramos muitas coisas sobre os neutrinos. Sabemos que têm massa, mas não sabemos exactamente quanta”, referiu Juan Collar.

Esta interacção neutrinos-núcleo pode ser relevante para se detectar a enorme explosão de neutrinos que ocorre numa supernova (uma estrela moribunda), segundo o comunicado do Laboratório Nacional de Oak Ridge. Afinal, os neutrinos vêem dos confins do Universo e são como mensageiros fantasmagóricos que atravessam estrelas ou galáxias. “Os dados da Colaboração Coherent irão ajudar a interpretar a medição das propriedades dos neutrinos em experiência por todo o mundo”, conclui Kate Scholberg, da Universidade Duke (Estados Unidos) e que fez parte da equipa. Aguardam-se agora mais novidades sobre estas partículas tão enigmáticas.