Os neutrinos são a segunda partícula mais abundante do Universo, logo a seguir aos fotões. Estão constantemente a ser produzidos em reacções nucleares que acontecem no interior das estrelas. Na Terra, alguns materiais radioativos também produzem neutrinos. Os neutrinos praticamente não interagem com a matéria e, por isso, são extremamente difíceis de detetar. Podem facilmente atravessar a Terra e as estrelas sem ser perturbados, trazendo informação importante sobre o Universo.

Em certos átomos radioativos, um neutrão transforma-se espontaneamente num protão e num eletrão. Quando os cientistas estudaram estas reacções ficaram intrigados porque a soma das energias do átomo final e do eletrão não correspondia à energia do átomo inicial. Como não se podia perder energia pelo caminho, o físico Wolfgang Pauli propôs, em 1930, que se formaria uma terceira partícula de carga neutra que não estávamos a ver e que levava parte da energia consigo: o neutrino. Era "um remédio desesperado" para explicar os resultados, que se veio a provar verdadeiro 26 anos depois.

O mistério dos neutrinos desaparecidos

O Sol, como as outras estrelas, produz energia no seu interior, convertendo átomos de hidrogénio em átomos mais pesados de hélio. Nestas reacções formam-se neutrinos e liberta-se uma grande quantidade de energia, que milhares de anos mais tarde chega à superfície do Sol e à Terra sob a forma de luz. Quando, em 1968, fizemos as primeiras experiências para contar os neutrinos que chegam do Sol, eles eram apenas um terço do esperado! Isto significava que ou sabíamos menos sobre o Sol do que pensávamos ou sabíamos muito pouco sobre o comportamento dos neutrinos. Havia ainda outra hipótese: estaria o Sol a apagar-se?

Este mistério só foi resolvido em 2002. Afinal, o Sol está de boa saúde e emite o número de neutrinos que esperávamos. Simplesmente, o comportamento dos neutrinos não era o que prevíamos.

Existem três tipos ou sabores de neutrino: o neutrino do eletrão, o neutrino do muão e o neutrino do tau. O Sol produz apenas neutrinos do eletrão. Mas os neutrinos que vêm do Sol alternam entre os três sabores enquanto viajam e alguns chegam à Terra na forma de neutrinos do muão e do tau, muito mais difíceis de detetar. Assim se explicam os neutrinos desaparecidos. O mesmo fenómeno foi também observado em neutrinos produzidos pela colisão de raios cósmicos com a atmosfera terrestre. A descoberta da oscilação de neutrinos valeu o prémio Nobel a Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald em 2015, respetivamente das experiências Super-Kamiokande e SNO.

Normalmente, o trabalho de física experimental de parti?culas envolve grandes equipas internacionais. Uma descoberta raramente é de uma pessoa só. Por isso, o Prémio Breakthrough em Física Fundamental 2016 distinguiu os investigadores das cinco experiências que resultaram na descoberta da oscilação de neutrinos - 1377 no total, dos quais quatro são investigadores do LIP.

Desafios para o futuro

O Modelo Padrão, a teoria mais abrangente de física de partículas, assume que os neutrinos não têm massa e viajam à velocidade da luz, tal como os fotões. A descoberta da oscilação de neutrinos vem provar indiretamente que eles têm massa e que o Modelo está incompleto.

Estimamos que o neutrino do eletrão seja pelo menos um milhão de vezes mais leve do que o eletrão, mas ainda não conhecemos a sua massa exata. Este é um novo desafio para os investigadores, importante também para conhecer a massa total do Universo.

Os investigadores suspeitam que o neutrino possa ter outro comportamento bizarro. Como todas as partículas, ao neutrino corresponde um antineutrino. No entanto, como ambos têm carga elétrica nula, é possível que sejam a mesma partícula. Se isto for verdade, o neutrino pode ajudar-nos a explicar porque há mais matéria do que antimatéria no Universo. O observatório SNO está atualmente a transformar-se no SNO+, uma experiência que pretende responder a esta questão.

O LIP nas experiências de neutrinos
SNO+

Para saber mais
www.sno.phy.queensu.ca/sno/neutrino