PRÊMIO NOBEL DE FÍSICA 2015

O Prêmio Nobel de Física 2015 foi concedido a dois físicos cujas equipes descobriram uma propriedade chave dos neutrinos. O trabalho de Takaaki Fajita e Arthur B. McDonald demonstrou que as pequenas partículas, que vêm em três tipos, mudam de um tipo para outro. A descoberta tem implicações importantes, e hoje os cientistas se perguntam se os neutrinos são a razão que a matéria existe em nosso Universo.
Os neutrinos são as partículas de matéria mais numerosas no Universo. Eles são oriundos de uma variedade de fontes, tais como raios cósmicos, o sol, as explosões de estrelas, o centro da Terra e usinas nucleares.
“Se não fosse pelos neutrinos, o Sol não estaria brilhando mais”, diz Olga Bonner, membro do Comitê Nobel de Física.
“Se não fosse pelos neutrinos, explosões de supernovas não ocorreriam e os elementos de que somos todos feitos não existiriam.”
Eles possuem carga neutra e raramente interagem com outras partículas da matéria; milhares de trilhões de neutrinos passam por nós a cada segundo.
Neutrinos vêm em três tipos: elétron, múon e tau. Na década de 1960, cientistas em um experimento que estuda neutrinos do Sol descobriram que eles eram a detecção de apenas um terço o número de partículas que esperavam ver. Isso foi chamado de “problema do neutrino solar.”
Os físicos especularam que o problema estava em seus cálculos ou na experiência. Mas os experimentos de McDonald e Fajita demostraram que o problema do neutrino solar foi causado pela natureza extraordinária de neutrinos.
Fajita liderou uma equipe no experimento Super-Kamiokande perto de Tóquio, que iniciou sua operação em 1996. McDonald liderou uma equipe no Sudbury Neutrino Observatory (SNO), em Ontário, instalado em 1999.
Ambos os experimentos utilizados grandes detectores subterrâneos para capturar neutrinos de passagem. Super-Kamiokande estudou neutrinos do múon produzidas por raios cósmicos que interagem com a atmosfera da Terra. O SNO estudou os neutrinos produzidos pelo Sol.
Como neutrinos podem atravessar o planeta, o Super-Kamiokande estudou-os quando eles se aproximaram do espaço acima e abaixo da superfície. Os neutrinos deveriam ter chegado de todas as direções com a mesma taxa; a única diferença entre eles foi a distância percorrida que tinham antes de chegar ao detector.
Mas os cientistas descobriram que eles detectaram mais neutrinos do múon que vêm de cima do que por baixo. Eles hipótese de que os neutrinos viajam por todo o caminho através da terra tiveram mais tempo para oscilar, ou mudar para outro tipo de neutrino.
No SNO, os cientistas usaram um detector que possibilitou identificar neutrinos do elétron do Sol e também ter um registro global de interações de neutrinos de todos os três tipos.
Eles viram o problema dos neutrinos solares se repetir, pois estavam capturando apenas um terço dos neutrinos do elétron que esperavam ver. Mas a contagem de todos os três tipos de neutrinos combinados fechava com a expectativa. Concluíram que os neutrinos de elétrons deve ter mudado neutrinos múon e tau enquanto passavam pela Terra.
O Super-Kamiokande e SNO resolveu o problema do neutrino solar, mas também deram uma nova e surpreendente visão aos físicos de partículas: como só partículas com massa pode oscilar, os neutrinos devem ter massa.
A massa dos neutrinos é muito menor do que a massa crítica de outras partículas no modelo padrão da física de partículas. Os cientistas precisam ser muito hábeis para medir diretamente. eles ainda não tem certeza de onde vem a massa do neutrino, talvez do bóson de Higgs ou de alguma outra fonte.
“É por isso que precisamos valorizar a importância dessa descoberta, que abre novos caminhos de estudo para as áreas de Física de Partículas e Cosmologia”, diz o físico Rob Plunkett do Fermi National Accelerator Laboratory, responsável por diversos experimentos com neutrinos e que propôs o experimento internacional DUNE. “As pesquisas nessa área literalmente explodiram nos últimos anos.”
Ainda existem muitas questões em aberto sobre os neutrinos, mas o Nobel de 2015 reconhece dois cientistas envolvidos em pesquisas que deram muitas respostas e produziram diversas perguntas.
Kajita nasceu em 1959, em Higashimatsuyama, Japão. Tenho obteve seu doutorado em 1986 pela Universidade de Tóquio, Japão. Atualmente é diretor do Instituto de Cosmic Ray Research e professor da Universidade de Tóquio, em Kashina, Japão.
McDonald nasceu em 1943, em Sydney, Canadá. Obteve seu doutorado em 1969 no California Institute of Technology, em Pasadena, Califórnia. Ele é professor emérito da Universidade de Queen em Kingston, Canadá.
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