A cada segundo de cada dia, você está sendo bombardeado por trilhões e trilhões de partículas subatômicas, banhando-se das profundezas do espaço. Eles sopram através de você com a força de um furacão cósmico, atingindo quase a velocidade da luz. Eles vêm de todo o céu, em todos os momentos do dia e da noite. Eles penetram no campo magnético da Terra e em nossa atmosfera protetora como muita manteiga.
E, no entanto, o cabelo no topo da sua cabeça nem fica bagunçado.
O que está acontecendo?
Pouco neutro
Essas pequenas balas são chamadas neutrinos, um termo cunhado em 1934 pelo brilhante físico Enrico Fermi. A palavra é vagamente italiana para "pouco neutra", e sua existência foi sugerida para explicar uma reação nuclear muito curiosa.
Às vezes, os elementos parecem um pouco ... instáveis. E, se ficarem sozinhos por muito tempo, desmoronam e se transformam em outra coisa, algo um pouco mais leve na tabela periódica. Além disso, um pouco de elétron sairia. Mas na década de 1920, observações cuidadosas e detalhadas dessas decadências encontraram pequenas discrepâncias. A energia total no início do processo era um pouco maior que a energia que sai. A matemática não aumentou. Ímpar.
Assim, alguns físicos inventaram uma partícula nova em folha de tecido inteiro. Algo para levar embora a energia que faltava. Algo pequeno, algo leve, algo sem carga. Algo que poderia passar despercebido pelos detectores.
Um pouco neutro. Um neutrino.
Demorou mais algumas décadas para confirmar sua existência - é assim que elas são escorregadias, astutas e sorrateiras. Mas em 1956, os neutrinos se juntaram à crescente família de partículas conhecidas, medidas e confirmadas.
E então as coisas ficaram estranhas.
Sabor favorito
O problema começou a surgir com a descoberta do múon, que coincidentemente ocorreu na mesma época em que a idéia de neutrinos começava a ganhar terreno: a década de 1930. O múon é quase exatamente como um elétron. Mesma carga. Mesmo giro. Mas é diferente de uma maneira crucial: é mais pesado, 200 vezes mais massivo do que seu irmão, o elétron.
Os múons participam de seus próprios tipos particulares de reações, mas não tendem a durar muito. Devido ao seu volume impressionante, eles são muito instáveis e decaem rapidamente em chuveiros de bits menores ("rapidamente" aqui significa dentro de um microssegundo ou dois).
Tudo bem, então por que os múons figuram na história dos neutrinos?
Os físicos notaram que as reações de decaimento que sugeriam a existência do neutrino sempre emitiam um elétron e nunca um múon. Em outras reações, os múons apareceriam, e não os elétrons. Para explicar essas descobertas, eles raciocinaram que os neutrinos sempre combinavam com elétrons nessas reações de decaimento (e não qualquer outro tipo de neutrino), enquanto o elétron, o múon deve emparelhar-se com um tipo de neutrino ainda não descoberto ... Afinal, o elétron neutrino amigável não seria capaz de explicar as observações dos eventos do múon.
E assim a caçada continuou. E assim por diante. E assim por diante. Não foi até 1962 que os físicos finalmente conseguiram bloquear o segundo tipo de neutrino. Foi originalmente apelidado de "neutretto", mas cabeças mais racionais prevaleceram com o esquema de chamá-lo de muon-neutrino, já que sempre se emparelhava em reações com o múon.
O Caminho do Tao
Ok, então dois neutrinos confirmados. A natureza tinha mais para nós? Em 1975, pesquisadores do Stanford Linear Accelerator Center vasculharam bravamente montanhas de dados monótonos para revelar a existência de um irmão ainda mais pesado do elétron ágil e do muon pesado: o enorme tau, que registrava 3.500 vezes a massa do elétron . Essa é uma grande partícula!
Então, imediatamente se tornou a pergunta: se há uma família de três partículas, o elétron, o múon e o tau ... poderia haver um terceiro neutrino, para emparelhar com essa criatura recém-descoberta?
Talvez talvez não. Talvez haja apenas os dois neutrinos. Talvez haja quatro. Talvez 17. A natureza não atendeu exatamente às nossas expectativas antes, então não há razão para começar agora.
Ignorando muitos detalhes terríveis, ao longo das décadas, os físicos se convenceram usando uma variedade de experimentos e observações de que um terceiro neutrino deveria existir. Mas não foi até o final do milênio, em 2000, que um experimento especificamente projetado no Fermilab (chamado de humor de experimento DONUT, para Observação Direta do NU Tau, e não, não estou inventando isso) finalmente chegou avistamentos confirmados suficientes para reivindicar corretamente uma detecção.
Perseguindo os fantasmas
Então, por que nos importamos tanto com os neutrinos? Por que os perseguimos por mais de 70 anos, desde antes da Segunda Guerra Mundial até a era moderna? Por que gerações de cientistas ficaram tão fascinadas por esses pequenos e neutros?
A razão é que os neutrinos continuam a viver fora das nossas expectativas. Durante muito tempo, não tínhamos certeza de que eles existiam. Durante muito tempo, ficamos convencidos de que eles eram completamente sem massa, até que os experimentos descobriram irritantemente que eles deveriam ter massa. Exatamente "quanto" continua sendo um problema moderno. E os neutrinos têm esse hábito irritante de mudar de caráter à medida que viajam. É isso mesmo, quando um neutrino viaja em voo, pode alternar máscaras entre os três sabores.
Pode até haver um neutrino adicional por aí que não participa de nenhuma interação usual - algo conhecido como neutrino estéril, pelo qual os físicos estão caçando avidamente.
Em outras palavras, os neutrinos desafiam continuamente tudo o que sabemos sobre física. E se há uma coisa que precisamos, tanto no passado quanto no futuro, é um bom desafio.
Paul M. Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohioanfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espaciale autor de Seu lugar no universo.
