Uma variedade de radioatividade não observada anteriormente pode explicar por que a matéria existe - incluindo os seres humanos. Uma equipe de físicos lança um experimento para procurar um fenômeno incomum
Quando o universo se formou cerca de 13,7 bilhões de anos atrás, segundo as teorias modernas, a matéria e seu estranho parente, antimatéria, apareceriam em quantidades iguais durante o Big Bang. Os físicos sabem que quando essas duas entidades entram em contato, elas se aniquilam. Mas, neste caso, não haveria nada no espaço, exceto fótons e neutrinos. E, no entanto, nós existimos. Os cálculos mostram que havia um pouco mais de matéria que antimatéria - mas por quê?
Uma maneira de explicar essa assimetria é procurar a diferença entre os dois tipos de matéria, com exceção de uma carga que pode explicar a vantagem da matéria comum. Na física moderna, essa é uma pergunta muito grande, porque, de acordo com as teorias modernas, elas devem se comportar da mesma maneira.
Neutrino estranho
No estudo, os físicos estão tentando alcançar
o decaimento beta duplo sem neutrinol . Geralmente, em decaimento beta, o núcleo instável de um átomo radioativo perde um nêutron. Um nêutron se transforma em um próton, emitindo um elétron e uma pequena partícula, um antineutrino eletrônico. Há também uma situação de espelho na qual um próton se transforma em nêutron, emitindo um pósitron e um neutrino de elétrons - o gêmeo do antineutrino. O decaimento beta duplo ocorre quando dois elétrons e dois antineutrinos são emitidos: na verdade, o decaimento beta ocorre duas vezes. Os cientistas vêm construindo teorias sobre a versão livre de neutrinos desse processo - nele os neutrinos se aniquilam antes de deixar o átomo. Nesse caso, o neutrino se comporta como sua própria antipartícula.
Partículas que se comportam como suas próprias antipartículas são chamadas férmions de Majorana - em homenagem ao físico italiano Ettor Majorana, que fez uma hipótese sobre esse assunto em 1937.
Se os neutrinos e antineutrinos se comportam de maneira diferente, isso pode ajudar a explicar por que, no momento da formação do universo, toda a matéria não se aniquilou.
A busca por decadência
Mas esse evento é difícil de detectar porque é dificultado por um forte "ruído de fundo", diz Bernhard Schwingenheuer, porta-voz do
Gerador de sensores de germânio,
Gerador de detectores de germânio ou GERDA. A causa do ruído são os raios cósmicos.
A instalação da GERDA, escondida em um laboratório subterrâneo na Itália, consiste em sensores contidos em uma banheira com argônio líquido enriquecido com um isótopo de germânio-76 moderadamente radioativo. Sua meia-vida é de 1,78 x 10
21 (1,78 bilhão de trilhões de anos) - leva tanto tempo para que metade de seus átomos se transforme em selênio. Este tempo é várias ordens de magnitude mais longas que a existência do universo.
Normalmente, durante a lenta decaimento do germânio emite dois elétrons e dois antineutrinos, que é o decaimento beta duplo comum. Os físicos queriam saber se tal decadência ocorre sem neutrinos.
Com uma meia-vida tão longa, alguém poderia pensar que levaria muito tempo para esperar esse evento; mas a meia-vida é um fenômeno probabilístico. É por isso que o estudo utiliza cerca de 38 kg de germânio misturado com argônio líquido. Isso fornece cerca de 4,5 x 10
25 átomos, o que significa que vários átomos devem se deteriorar diretamente durante a observação.
A equipe da GERDA coletou dados durante sete meses, de dezembro de 2015 a junho de 2016. Eles não detectaram decaimento, mas conseguiram estabelecer um limite mais baixo para sua frequência de ocorrência: sua meia-vida é de 5,3 x 10
25 anos, o que significa que a chance de ver o decaimento de um átomo durante esse tempo é igual a 50%.
Estendendo o modelo padrão
Se a deterioração for detectada, isso significa que os neutrinos são antipartículas para si mesmos, como fótons. Caso contrário, a deterioração sem neutrinos não pode ocorrer. Isso também significa que esse decaimento radioativo é assimétrico. Lembre-se de que o decaimento beta tem uma versão espelhada - elétrons e antineutrinos, ou pósitrons e neutrinos, são emitidos. Se o decaimento beta duplo for assimétrico, significa que neutrinos e antineutrinos se comportam de maneira diferente. Para outros pares de partículas / antipartículas, não é assim.
Esse fenômeno afetará o Modelo Padrão, que, embora explique com muito sucesso a física de partículas, não está completo. O modelo previu a existência do bóson de Higgs. Mas Schwingenhöyer observa que há evidências de que o neutrino possui uma pequena massa (descoberta apenas em 1998, para a qual o Prêmio Nobel foi recebido em 2015), além de sinais da presença de matéria escura. Tudo isso sugere que o Modelo Padrão não se tornou a última palavra da ciência.
"Se for detectado o decaimento beta duplo sem neutrinol, podemos resolver alguns problemas", disse Philip Barbeau, professor assistente de física da Duke University. “Primeiro, ajudará a explicar a assimetria da matéria-antimatéria no Universo. Em segundo lugar, ajudará a entender por que os neutrinos têm uma massa tão pequena. Também poderemos estimar a massa de neutrinos, uma vez que a taxa de decaimento está relacionada à escala de massa de neutrinos. ”
E então resta entender a física do processo. O projeto GERDA ainda não demonstrou a deterioração desejada, mas isso não significa que ele não a encontre, como diz Schwingenhöyer. Não será possível eliminar completamente a probabilidade de tal processo, pois sempre haverá a possibilidade de que o tempo necessário para sua aparência seja simplesmente mais longo do que se pensava. Até o momento, eles estabeleceram um limite mais baixo para a meia-vida, mas experimentos futuros podem aumentar esse valor.
Se, após numerosas execuções, eles ainda não perceberem a deterioração, Barbot acredita que é improvável que isso abra caminho para novos modelos científicos. “Do ponto de vista das teorias subjacentes, não estamos voltando aos cálculos. Simplesmente não saberemos se os neutrinos são férmions de Majorana. "