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A massa do neutrino

Preconceito teórico dificultou durante décadas avanço na compreensão de partícula.

O Nobel de Física deste ano foi dado a dois cientistas que mos- traram que os neutrinos, partículas extremamente evasivas e mui- to abundantes no Universo, possuem massa. Até muito recente- mente acreditava-se que elas viajavam com a velocidade da luz, isto é, que sua massa fosse zero.

Descoberta teoricamente há mais de 70 anos por Wolfgang Pauli, essa partícula depois teve sua existência comprovada em experimentos, permitindo entender os processos de desintegração da matéria através da análise da força nuclear fraca. A análise do comportamento do neutrino nessas desintegrações levou à obser- vação de que elas violam a paridade. Isto é, ao contrário das forças de longo alcance (controladas pelos campos eletromagnético e gravitacional), a força fraca se comporta diferentemente se obser- vada do lado oposto do espelho ou, melhor dizendo, não se com- porta da mesma forma sob inversão da orientação espacial.

Essa propriedade de violação da paridade é a marca registrada desses processos de desintegração e poderia estar associada à solução de um dos problemas mais fundamentais da cosmologia: por que existe mais matéria do que antimatéria no Universo?

Contrariamente ao nêutron, cujo tempo médio de vida é da ordem de oito minutos, seu companheiro atômico, o próton (o núcleo do átomo de hidrogênio), é extremamente estável. O tempo de vida de sua possível desintegração é superior ao de existência da atual fase expansionista do Universo. O físico Andrei Sakharov há mais de quatro décadas propôs uma sequência de processos que seriam necessários para que nosso Universo, pretensamente simétrico na troca de matéria por antimatéria, pudesse desembocar em sua configuração atual, na qual praticamente toda a sua substância é feita de prótons e não de antiprótons. Surge então a questão na cosmologia: essa forma de desintegração da matéria depende da era cosmológi- ca? Dito de outro modo, haveria uma dependência dessa viola- ção da paridade com o tempo cósmico global com o qual defini- mos a expansão do Universo? Ou seja, a violação da paridade é um fenômeno acumulativo ao longo da evolução do Universo? Se isso acontece, podemos então concluir que o neutrino tem um papel fundamental na estrutura e evolução do universo.

Saindo das dimensões cósmicas e considerando nossa vizi- nhança terrestre, os astrônomos se viram às voltas, nas últimas décadas, com uma observação intrigante. O Sol emite neutrinos. No entanto a taxa desses neutrinos observada na Terra é muito mais baixa do que a esperada. Uma questão então aparece: onde estão os neutrinos que saem do Sol e não chegam à Terra? Após muitas tentativas uma proposta ganhou notoriedade jun- to aos físicos, a partir da constatação de que há três tipos diferen- tes de neutrinos (associados às partículas elementares elétron, múon e tau) e que iremos denotar como tipos A, B e C. Ora, os neu- trinos emitidos pelo Sol são do tipo A. Se por alguma razão esses neutrinos A estariam sendo transformados em neutrinos tipo B ou C, isso explicaria sua ausência nas observações terrestres, pois eles chegariam à Terra camuflados sob outra forma de neutrino. No entanto, para essa transmutação entre as espécies de neu- trinos ser possível, eles devem ter massa. Aceitando-se que eles são massivos, com massa muito pequena, os cálculos mostraram con- cordância entre a taxa prevista de emissão de neutrinos pelo Sol e sua observação na Terra. O simples fato de aceitar que o neutrino tem massa soluciona as dificuldades e elimina a anomalia observada. Surge então a questão: de onde vem essa massa?

A origem da massa do neutrino havia sido compreendida em um artigo que publiquei em 1971. Por que razão ela ficou esqueci- da tanto tempo? Difícil entender, mas uma possível explicação pode ser a seguinte. Os físicos de altas energias consideram que a massa de todas as partículas é dada pelo mecanismo de Higgs e não consideram seu rival, o mecanismo gravitacional de geração de massa. Ora, o artigo de 1971 se baseava precisamente na intera- ção gravitacional. A questão mais crítica envolve a pergunta: o valor dessa massa, graças a essa interação, depende da intensidade do campo gravitacional?

Havia um preconceito entre os físicos de altas energias em respeito ao mecanismo gravitacional capaz de gerar massa, pois se suspeitava que esse modo gravitacional implicaria que essa massa tem seu valor associado à intensidade do campo gravitacional ou à constante da gravitação de Newton. Essa característica, se fosse verdadeira, inviabilizaria o mecanismo gravitacional. No entanto, a proposta de 1971 tem um resultado muito positivo, pois ela é bem clara: não há nenhuma dependência nem com a intensidade do campo gravitacional nem com a constante de Newton da gravi- tação. Em artigo de 2012, esse mecanismo gravitacional foi reexa- minado complementando a proposta de 1971.

Ou seja, a origem da massa do neutrino estava o tempo todo impressa nas revistas científicas universalmente conhecidas. Mas foram esquecidas durante mais de 40 anos.

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