Uma das grandes questões que intrigou a humanidade durante séculos foi a composição da matéria. O questionamento surgiu a partir de experimentos mentais simples: o que aconteceria se uma folha de papel fosse rasgada infinitamente? Em algum ponto, existiria um pedaço que não pode ser mais dividido? Atualmente, sabe-se a resposta: o menor componente de um papel são os átomos que compõem suas moléculas.
Entretanto, esse conhecimento nem sempre foi concordância entre a comunidade científica. Aristóteles, por exemplo, foi uma das pessoas que discordava insistentemente da existência do átomo. O primeiro modelo atômico foi idealizado por John Dalton, em 1808, marcando um ponto importante na história das subpartículas: a existência do átomo deixou de ser algo hipotético, do mundo das ideias, e começou a ser tratada como uma teoria científica que pode ser comprovada. Após a apresentação de Dalton, vários outros modelos foram desenhados, e partes que formam o átomo foram descobertas: os prótons em 1886, elétrons em 1897 e nêutrons em 1932.
* Composição da matéria: do macroscópico (gota d´água) ao microscópico (subpartículas do átomo da molécula da água)
Durante anos, cientistas acreditaram que o átomo era o componente indivisível (característica que define o termo “átomo” que, em grego, significa "indivisível"), mas decrescentes partes foram descobertas, conhecidas como subpartículas.
No que tange ao conhecimento atual das áreas científicas, as subpartículas são a menor parte da matéria e, para melhor compreensão, foram dividas em uma tabela. Essa teoria, que retrata os componentes mais essenciais da matéria e suas interações, é conhecida como Modelo Padrão de Partículas. Dos 17 tipos de constituintes elementares, existe um particularmente intrigante e enigmático: os neutrinos.
* Modelo Padrão de Partículas: a teoria mais bem sucedida para explicar a composição da matéria
O integrante da família dos férmions não possui carga elétrica e é indiferente à força fraca. Os neutrinos praticamente não interagem com a matéria. Por essa característica, foi apelidado de “partícula fantasma”. Até o final da leitura deste artigo, cada ser humano terá emitido cerca de 10 milhões de neutrinos devido a 20 miligramas de um elemento radioativo: o potássio 40, presente em todos os organismos humanos. A cada segundo, mais de 300 trilhões de neutrinos, provenientes da radioatividade natural da Terra, do Sol e até de reatores nucleares, passam por perto sem deixar nenhum rastro aparente.
O fato do neutrino ser o mais antissocial entre o grupo das partículas tornou sua descoberta uma missão complicada. Em 1914, os físicos se depararam com um problema relacionado ao decaimento beta, tipo de radioatividade emitida por determinados núcleos atômicos, com um elétron. Ao final do processo, as contas do balanço energético eram divergentes. Isto é, a soma da energia da partícula expelida com a do novo núcleo era menor do que a energia contida no núcleo original: faltava um diminuto filão de energia.
* Representação do decaimento beta que ocorre quando um nêutron atinge um núcleo atômico
Esse fenômeno resistiu a todas as tentativas de explicação durante a década de 1920, causando uma celeuma entre os cientistas da época. Numa tentativa desesperada de solucionar o mistério, Niels Bohr mostrou-se disposto a abandonar um dos pilares mais sagrados da Física, a Lei da Conservação de Energia. Ao saber do pronunciamento, Paul Dirac se posicionou sobre a possibilidade do abandono: “Somente por cima do meu cadáver.”.
Uma solução para o mistério do sumiço de energia só foi proposta em 1930, por Wolfgang Pauli. O físico austríaco escreveu uma carta para ser lida em uma conferência na cidade de Tubingen, na Alemanha: “Senhoras e senhores radioativos, uma nova partícula pode estar sendo emitida juntamente com o elétron, carregando a energia que falta”. A partícula X, proposta por Pauli, não possuía carga elétrica e, a priori, nem massa, mas trazia consigo o filão de energia faltante no decaimento beta. Em 1932, os nêutrons foram descobertos. Inicialmente, teorizava-se que se tratava da partícula X, mas sua massa era enorme, praticamente igual à do próton.
Em 1933, Enrico Fermi incorporou o neutrino à sua teoria que postula o seguinte: um nêutron se transforma em próton dentro do núcleo, emitindo um elétron e um antineutrino. O antineutrino carrega a energia que falta, finalizando o processo de formação de um novo núcleo.
O primeiro neutrino foi detectado em 1956, pelos norte-americanos Clyde Cowan e Frederick Reines, feito que rendeu aos cientistas o Prêmio Nobel de 1995. Esse neutrino surgiu a partir de uma interação com elétrons. Porém, no grupo dos léptons, existem outras duas partículas que são irmãs dos elétrons, o múon e o tau. A matemática por trás da força fraca, responsável por explicar o decaimento beta, prevê a existência de um neutrino para cada partícula pertencente ao grupo dos léptons. Logo, existem três “sabores” de neutrinos: o neutrino eletrônico, o neutrino muônico e o neutrino tauônico.
* Subpartículas pertencentes ao grupo dos léptons e seus respectivos neutrinos
No fim da década de 60, acreditava-se que o conhecimento obtido sobre os neutrinos era consistente e suficiente para utilizá-lo para avançar em outros estudos. Um dos principais interesses era testar o Modelo Solar Padrão, utilizado para descrever o Sol e as reações que acontecem em suas camadas mais internas. Esse modelo prevê que o Sol gera um número enorme de neutrinos eletrônicos, que podem ser detectados da Terra. Para confirmar essa teoria, vários experimentos foram montados em solo. O resultado do fluxo de neutrinos eletrônicos obtido era muito menor do que o esperado pelo Modelo Padrão.
A partir deste problema, surge a proposta da Oscilação de Neutrinos. Basicamente, essa teoria propõe que os neutrinos podem mudar de sabor, ou seja, um neutrino eletrônico pode se transformar em um neutrino tauônico que, no que lhe concerne, pode virar um neutrino muônico. Isso implica que os neutrinos eletrônicos que saíram do Sol, ao longo do caminho, podem ter se transformado em neutrinos muônicos, impedindo a detecção pelo experimento. Esse efeito de “mudança de sabor” já foi observado em outras partículas, mas existe uma condição de existência dessa propriedade: as partículas precisam ter massa.
* Os três sabores nos quais um neutrino pode ser encontrado
A área das subpartículas segue em constante evolução, os cientistas possuem muitas incógnitas para resolver. A massa dos neutrinos é uma das questões mais desafiadoras da Física atual. A oscilação de sabores só pode acontecer em partículas massivas, acreditava-se fielmente que os neutrinos não possuíam massa, apenas energia assim como os fótons (partículas da luz). Explicar essa relação e determinar a suposta massa dos neutrinos segue sendo um problema em aberto.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Silva, Wanderlley. NEUTRINO: A PARTÍCULA FANTASMA. Disponível em: http://dfisweb.uefs.br/caderno/vol19n1/S4Artigo04NeutrinosParticulaFantasma.pdf
[2] Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. Neutrinos: as misteriosas partículas-fantasma. Disponível em: https://www.cbpf.br/~desafios/media/livro/Neutrinos.pdf
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