Um experimento no laboratório nacional de aceleradores. Enrico Fermi (Fermilab), perto de Chicago, descobriu muito mais neutrinos de elétrons do que o previsto. Esse evento pode se tornar um mensageiro de uma partícula elementar completamente nova, um neutrino estéril , embora muitos físicos continuem céticos.
No tanque MiniBooNE, as fotocélulas captam a luz que aparece quando os neutrinos interagem com os núcleos atômicosOs físicos ficam surpresos e chocados com o novo
relatório do experimento de
neutrinos do Fermilab. O experimento
MiniBooNE encontrou muito mais neutrinos de um determinado tipo do que o esperado - e a maneira mais fácil de explicar esse fenômeno é a existência de uma nova partícula elementar: um neutrino estéril, uma partícula ainda mais secreta e estranha do que os três tipos conhecidos de neutrinos. O resultado, aparentemente, confirma os resultados anômalos do antigo experimento, para confirmar qual MiniBooNE foi construído.
A persistência da anomalia de neutrinos é muito agradável para os físicos, disse
Scott Dodelson, da Universidade Carnegie Mallon. Isso "diz que algo realmente interessante está
acontecendo ", acrescentou
Anzee Slozar, do
Laboratório Nacional
Brookhaven .
Mas o que exatamente, ninguém pode dizer.
“Eu estava muito interessado no resultado, mas não estou pronto para gritar“ Eureka! ”, Disse
Janet Conrad , especialista em física de neutrinos no MIT, e membro da colaboração MiniBooNE.
A existência de neutrinos estéreis revolucionaria a física em todos os níveis. Finalmente, violaria o
Modelo Padrão de Física de Partículas, que se mantém desde os anos 1970. Também exigiria um "novo modelo padrão de cosmologia", disse Dodelson. "Existem outras falhas na imagem padrão do mundo", acrescentou. "O paradoxo dos neutrinos pode abrir caminho para um novo modelo aprimorado".
Os neutrinos são pequenas partículas, e bilhões delas passam por nossos corpos a cada segundo, mas raramente de alguma forma interagem com elas. Eles
flutuam constantemente entre três “variedades” - eletrônica, múon e tau. Em um experimento MiniBooNE, um feixe de neutrino de múon dispara na direção de um tanque gigante de
óleo de
petróleo . No caminho para o tanque, alguns dos neutrinos do múon devem ser convertidos em eletrônicos a uma velocidade determinada pela diferença de massa. O MiniBooNE então rastreia a chegada de neutrinos de elétrons que produzem rajadas características de radiação nesses casos raros, quando eles interagem com moléculas de óleo. Nos 15 anos de operação, o MiniBooNE registrou várias centenas de neutrinos de elétrons acima do esperado.
A explicação mais simples para essa quantidade inesperadamente grande seria que alguns neutrinos do múon oscilam para outro neutrino mais pesado, uma variedade estéril que não interage com nada além de neutrinos, e que alguns desses neutrinos estéreis pesados oscilam para o elétron. Uma grande diferença de massa leva a mais oscilações e mais detecções.
O tanque MiniBooNE tem 12 m de diâmetro e é revestido com 1520 fotocélulasUm contador de cintilação de neutrinos líquidos (LSND) em Los Alamos descobriu uma anomalia semelhante nos anos 90, que exigiu a construção do MiniBooNE. No entanto, em outros experimentos com neutrinos, que funcionam com outros princípios além do LSND e MiniBooNE, não foram encontrados sinais claros da presença dos supostos neutrinos estéreis. "Essa é a maldição do nosso trabalho - algumas experiências veem algo, enquanto outras não vêem", disse
Werner Rodeyokhan, do Instituto Max Planck de Física Nuclear.
Se os neutrinos estéreis são a explicação para os novos resultados, os físicos ainda não conseguem descobrir como combinar as propriedades dessas novas partículas com tudo o que sabemos. Talvez o fato mais desagradável seja que, ao observar a luz que nos chega do Universo primitivo, significa que naquela época havia apenas três variedades de neutrinos. Para entender o significado dos resultados do LSND, MiniBooNE e outros experimentos, "é necessária uma plataforma teórica completamente nova", disse Slozar.
Além disso, especificamente aqueles neutrinos estéreis que são hipoteticamente capazes de se encaixar nos dados obtidos no MiniBooNE, não resolvem nenhum enigma, por causa do qual os físicos geralmente começaram a construir teorias sobre a existência de tais partículas. Os neutrinos estéreis, sendo bastante pesados, poderiam explicar a "matéria escura" invisível, que aparentemente envolve as galáxias. Eles explicariam por que os neutrinos eletrônicos, de múon e de tau são tão leves usando um truque matemático chamado mecanismo de
gangorra . Mas com uma massa inferior a 1 eV, o suposto neutrino estéril no MiniBooNE não possui massa para os fins descritos. "Não teríamos razão para esperar neutrinos estéreis [em massa] 1 eV", disse
Matthew Buckley , especialista em física de partículas da Universidade Rutgers. "Mas não é que no passado o Universo tenha impedido de adicionar novas partículas para nós."
A confusão levou muitos especialistas a conter otimismo e começar a suspeitar que MiniBooNE e LSND foram vítimas de um erro desconhecido.
Freya Blackman , física da Universidade Livre de Bruxelas, argumenta que os experimentos poderiam subestimar sistematicamente a taxa em que as peônias neutras decaem em um tanque de óleo MiniBooNE - e esses eventos imitam sinais de neutrinos de elétrons.
"Está claro que há algo a ser resolvido aqui, e espero que seja o quarto neutrino", disse
Neil Weiner , físico teórico da Universidade de Nova York. “Diante disso, lembramos que essa seria a primeira partícula a abrir além do Modelo Padrão; portanto, o limiar para provar sua existência é obviamente muito alto.” Por enquanto, ele disse: “Estou inclinado à abordagem de“ espere - veja ”.
Uma resposta mais definitiva aparecerá em experimentos futuros, incluindo o
IsoDAR proposto por Conrad e muitos de seus colegas. Em vez de contar o número de neutrinos de um certo tipo no final do feixe, ele verá como os neutrinos oscilam entre as diferentes variedades durante a jornada, o que dará uma imagem mais completa das oscilações. "Eu ainda não colocaria meu dinheiro nesse projeto, porque esse excesso de neutrinos é apenas um ponto no cronograma", disse Conrad. "E se a mancha pudesse ser causada por outra coisa?" Para realmente me convencer disso, preciso ver essas flutuações previstas com boa significância estatística ".