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Novos resultados são um golpe para o neutrino estéril teórico
Os resultados de um experimento científico global lançaram dúvidas sobre a existência de uma partícula teórica além do Modelo Padrão.
Por Sarah Collins - 30/10/2021


As equipes se preparam para mover o criostato MicroBooNE de DZero para a Instalação de Teste de Argônio Líquido (LArTF). Crédito: Cindy Arnold, Fermilab

Os resultados foram coletados por uma equipe internacional no experimento MicroBooNE nos Estados Unidos, com liderança de uma equipe do Reino Unido, incluindo pesquisadores da Universidade de Cambridge.

As duas explicações mais prováveis ​​para anomalias que foram vistas em dois experimentos de física anteriores: um que sugere um neutrino estéril e outro que aponta para as limitações desses experimentos, foram descartadas pelo MicroBooNE. 

O quarto neutrino

Por mais de duas décadas, este quarto neutrino proposto permaneceu uma explicação promissora para anomalias vistas em experimentos de física anteriores. Nesses experimentos anteriores, os neutrinos foram observados agindo de uma maneira não explicada pelo Modelo Padrão de Física - a teoria principal para explicar os blocos de construção do universo e tudo que há nele.

Neutrinos são as partículas com massa mais abundantes em nosso universo, mas raramente interagem com outras matérias, dificultando o seu estudo. Mas essas partículas indescritíveis parecem conter respostas para algumas das maiores questões da física - como por que o universo é feito de mais matéria do que antimatéria.

Um detector de neutrinos de 170 toneladas do tamanho de um ônibus foi criado para estudar essas partículas - e ficou conhecido como MicroBooNE. A experiência internacional conta com cerca de 200 colaboradores de 36 instituições de cinco países e conta com o apoio do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) do Reino Unido.

O modelo padrão se sustenta

A equipe usou tecnologia de ponta para registrar imagens 3D precisas de eventos de neutrinos e examinar detalhadamente as interações das partículas. Quatro análises complementares divulgadas pela colaboração internacional MicroBooNE, no Laboratório Nacional do Acelerador Fermi ( Fermilab ), desferem um golpe na quarta hipótese do neutrino.

Todas as quatro análises não mostram nenhum sinal do neutrino estéril e, em vez disso, os resultados se alinham com o modelo padrão. Os dados são consistentes com o que o modelo padrão prevê: apenas três tipos de neutrinos. Mas as anomalias são reais e ainda precisam ser explicadas. Crucialmente, o MicroBooNE também descartou a explicação mais provável para explicar essas anomalias sem exigir uma nova física. 

Esses resultados marcam um ponto de viragem na pesquisa de neutrinos. Com as evidências de neutrinos estéreis se tornando mais fracas, os cientistas estão investigando outras possibilidades de anomalias no comportamento percebido dos neutrinos.

“Este resultado é incrivelmente empolgante, pois sugere que algo muito mais interessante do que esperávamos está acontecendo - agora nosso objetivo é descobrir o que poderia ser”, disse a Dra. Melissa Uchida , que lidera o Grupo de Neutrinos no Laboratório Cavendish de Cambridge.

“Isso anuncia o início de uma nova era de precisão para a física dos neutrinos, na qual iremos aprofundar nossa compreensão de como o neutrino interage, como ele impactou a evolução do universo e o que ele pode nos revelar sobre a física além do nosso padrão atual Modelo de como o universo se comporta no nível mais fundamental ”, disse o professor Justin Evans, da Universidade de Manchester, co-porta-voz do experimento.

“Cambridge desempenhou um papel fundamental neste experimento tanto por meio do software - os algoritmos de reconstrução que nos permitem distinguir partículas e suas interações no MicroBooNE quanto por meio da própria análise”, disse Uchida. “Com metade dos dados ainda para analisar e caminhos mais exóticos a seguir, há uma jornada emocionante pela frente.”

O Reino Unido na MicroBooNE

O Reino Unido assumiu um papel de liderança na MicroBooNE, liderando o desenvolvimento de algoritmos de reconhecimento de padrões de última geração, fazendo contribuições mundiais para a compreensão das interações de neutrinos no argônio e trazendo uma ampla gama de conhecimentos para essas pesquisas para os indescritíveis neutrinos estéreis.

As universidades britânicas envolvidas no MicroBooNE são Manchester, Edimburgo, Cambridge, Lancaster, Warwick e Oxford.

Missão para entender os neutrinos

Com nossa compreensão dos neutrinos ainda incompleta, o Reino Unido, por meio do STFC, investiu em um programa de ciências para abordar essas questões-chave da ciência, bem como investir em novas tecnologias.

O governo do Reino Unido já investiu £ 79 milhões no Deep Underground Neutrino Experiment, Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF) e no novo acelerador PIP-II, todos hospedados pelo Fermilab.

Este investimento deu aos cientistas e engenheiros do Reino Unido a chance de assumir papéis de liderança no gerenciamento e desenvolvimento do detector DUNE far, o alvo do feixe de neutrino LBNF e o acelerador PIP-II.

O professor Mark Thomson, presidente executivo do STFC e um dos primeiros físicos do Reino Unido a ingressar na MicroBooNE, disse: “Este resultado tão esperado é um passo significativo em nossa compreensão dos neutrinos. Esta medição extremamente desafiadora também é importante porque o experimento MicroBooNE usou uma nova tecnologia para registrar imagens detalhadas de interações individuais de neutrinos.

“O uso bem-sucedido da tecnologia de geração de imagens de argônio líquido é um passo importante para o DUNE.

“Depois de concluído, até o final desta década, o DUNE usará vários detectores, cada um do tamanho de uma piscina olímpica extra-profunda, mas com argônio líquido substituindo a água, para medir os movimentos e comportamentos dos neutrinos.”

Adaptado de um comunicado de imprensa do STFC . 

 

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