Nas profundezas de uma montanha na Itália, no metro cúbico mais frio do universo conhecido, os cientistas estão procurando evidências de que partículas fantasmagóricas chamadas neutrinos agem como seus próprios parceiros de antimatéria. O que esses pesquisadores descobriram poderia explicar o desequilíbrio de matéria e antimatéria no universo.
Até agora, eles surgiram de mãos vazias.
Os últimos resultados dos dois primeiros meses do experimento CUORE (Observatório Criogênico Subterrâneo para Eventos Raros) em Gran Sasso, Itália, não mostram indícios de um processo que prove que os neutrinos, que são gerados pela radiação cósmica, são seus próprios parceiros de antimatéria. Isso significa que, se o processo ocorrer, ocorrerá tão raramente que ocorrerá aproximadamente uma vez a cada 10 septilhões (10 ^ 25) anos.
O objetivo final deste experimento é resolver um dos enigmas mais duradouros do universo, e um que sugere que não deveríamos estar aqui. Esse enigma existe porque o Big Bang teórico - no qual se diz que uma pequena singularidade inflou mais de 13,8 bilhões de anos para formar o universo - deveria ter resultado em um universo com 50% de matéria e 50% de antimatéria.
Quando matéria e antimatéria se encontram, elas se aniquilam e se tornam inexistentes.
Mas não é isso que vemos hoje. Em vez disso, nosso universo é principalmente matéria, e os cientistas estão lutando para descobrir o que aconteceu com toda a antimatéria.
É aí que entram os neutrinos.
O que são neutrinos?
Neutrinos são pequenas partículas elementares praticamente sem massa. Cada um é menor que um átomo, mas são algumas das partículas mais abundantes da natureza. Como fantasmas, eles podem atravessar pessoas e paredes sem que ninguém (nem os neutrinos) percebam.
A maioria das partículas elementares possui uma contraparte estranha de antimatéria, chamada antipartícula, que tem a mesma massa que seu parceiro de matéria normal, mas a carga oposta. Mas os neutrinos são um pouco estranhos por si só, na medida em que dificilmente têm massa e são de graça. Assim, supuseram os físicos, eles poderiam ser suas próprias antipartículas.
Quando uma partícula atua como sua própria antipartícula, é chamada de partícula Majorana.
"As teorias que temos atualmente simplesmente não nos dizem se os neutrinos são ou não desse tipo de Majorana. E é uma coisa muito interessante de procurar, porque já sabemos que estamos perdendo algo sobre os neutrinos", físico teórico Sabine Hossenfelder, pesquisador do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt, na Alemanha, disse à Live Science. Hossenfelder, que não faz parte do CUORE, está se referindo às características bizarras e inexplicáveis dos neutrinos.
Se os neutrinos forem Majoranas, eles poderão fazer a transição entre matéria e antimatéria. Se a maioria dos neutrinos se transformou em matéria comum no começo do universo, disseram os pesquisadores, isso poderia explicar por que a matéria supera a antimatéria hoje - e por que existimos.
O experimento CUORE
Estudar neutrinos em um laboratório típico é difícil, porque eles raramente interagem com outras matérias e são extremamente difíceis de detectar - bilhões passam por você sem serem detectados a cada minuto. Também é difícil diferenciá-los de outras fontes de radiação. É por isso que os físicos precisavam ir à clandestinidade - quase 1,6 km abaixo da superfície da Terra - onde uma esfera de aço gigante envolve um detector de neutrinos administrado pelo Laboratório Nacional Gran Sasso do Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear.
Este laboratório é o lar do experimento CUORE, que está procurando evidências de um processo chamado decaimento beta duplo sem neutrinoless - outra maneira de dizer que os neutrinos agem como suas próprias antipartículas. Em um processo normal de decaimento beta duplo, um núcleo decai e emite dois elétrons e dois antineutrinos. No entanto, o decaimento beta beta sem neutrinol não emitirá antineutrinos, porque esses antineutrinos poderiam servir como suas próprias antipartículas e se aniquilariam.
Na tentativa de "ver" esse processo, os físicos observaram a energia emitida (na forma de calor) durante o decaimento radioativo de um isótopo de telúrio. Se ocorresse um decaimento beta duplo sem neutrinol, haveria um pico em um determinado nível de energia.
Para detectar e medir com precisão essa energia térmica, os pesquisadores criaram o metro cúbico mais frio do universo conhecido. Eles o comparam a um enorme termômetro com quase 1.000 cristais de dióxido de telúrio (TeO2) operando a 10 mili-kelvin (mK), que é menos 459.652 graus Fahrenheit (menos 273,14 graus Celsius).
À medida que os átomos de telúrio radioativo decaem, esses detectores procuram esse pico de energia.
"A observação de que os neutrinos são suas próprias antipartículas seria uma descoberta significativa e exigiria que reescrevéssemos o Modelo Padrão comum da física de partículas. Isso nos diria que existe um mecanismo novo e diferente para a matéria ter massa", estudou o pesquisador Karsten Heeger, professor da Universidade de Yale, disse à Live Science.
E mesmo que o CUORE não consiga mostrar definitivamente que o neutrino é seu próprio antipartícula, a tecnologia usada no estudo pode ter outros usos, disse Lindley Winslow, professora assistente de física no Instituto de Tecnologia de Massachusetts e parte da equipe do CUORE.
"A tecnologia que resfria o CUORE até 10 mK é a mesma que é usada para resfriar os circuitos supercondutores da computação quântica. A próxima geração de computadores quânticos pode viver em um criostato no estilo CUORE. Você pode nos chamar de pioneiros", disse Winslow ao Live Ciência.
