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Mistério da física caiu: físicos descartam existência do neutrino estéril
Estudo internacional analisou dados coletados no Fermilab entre 2015 e 2021 e não encontrou evidências da partícula hipotética proposta há três décadas.
Uma equipe internacional de físicos do experimento MicroBooNE concluiu que o neutrino estéril, partícula hipotética proposta há três décadas, não existe. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Science. O estudo analisou dados coletados entre 2015 e 2021 no Fermilab e não encontrou evidências que sustentassem a teoria de um quarto tipo de neutrino.
Os cientistas investigaram minuciosamente a possibilidade de existência do neutrino “estéril”, considerado até então a explicação mais popular para anomalias observadas em experimentos anteriores. Conforme reportado pelo ScienceDaily, após analisar os registros de neutrinos produzidos por dois feixes no Fermilab durante seis anos, a equipe não detectou nenhum sinal da partícula hipotética.
A hipótese surgiu para explicar comportamentos anômalos identificados em estudos realizados no Detector de Neutrinos de Cintilador Líquido (LSND) no Laboratório Nacional de Los Alamos, nos EUA. Posteriormente, o experimento MiniBooNE no Fermilab também registrou neutrinos múons se transformando em neutrinos elétrons de maneiras inexplicáveis considerando apenas os três tipos conhecidos de neutrinos.
David Caratelli, professor assistente de física da UC Santa Barbara, nos Estados Unidos, liderou o estudo como coordenador de física do experimento durante a análise.
Como a pesquisa foi feita?
Para realizar a pesquisa, os cientistas utilizaram um detector especialmente projetado nas instalações do Fermilab, capaz de capturar interações de neutrinos com alta precisão. O método consistiu em comparar o número de neutrinos de elétrons detectados com previsões baseadas em modelos que incluíam ou não um neutrino estéril.
“Neutrinos são partículas fundamentais elusivas que são difíceis de detectar experimentalmente, ainda que estejam entre as partículas mais abundantes no universo”, explicou Caratelli. Segundo ele, os neutrinos representam uma das lacunas no Modelo Padrão da física de partículas.
“Sabemos que o Modelo Padrão faz um ótimo trabalho descrevendo uma série de fenômenos no mundo natural”, afirmou Toups. “E ao mesmo tempo, sabemos que está incompleto. Não explica a matéria escura, a energia escura ou a gravidade.”
A descoberta da massa dos neutrinos
Os físicos explicam que quando o Modelo Padrão foi inicialmente desenvolvido, assumiu-se que os neutrinos não possuíam massa. Descobriu-se depois que essas partículas existem em três formas, conhecidas como sabores de elétron, múon e tau, e que podem mudar de um tipo para outro enquanto se movem pelo espaço, processo denominado oscilação.
“A única maneira de essa oscilação acontecer é se os neutrinos tiverem massa”, explicou Caratelli. “Isso é algo que o Modelo Padrão não previu.”
“A explicação mais popular para essas anomalias nos últimos 30 anos tem sido um hipotético neutrino estéril”, disse Evans. “Produzimos neutrinos de um tipo e colocamos nossos detectores em posições ideais para que pudéssemos maximizar a probabilidade de encontrar esse neutrino estéril.”
“Na prática, o que fizemos foi produzir neutrinos múons e, se um neutrino estéril existisse, veríamos o aparecimento de neutrinos elétrons”, explicou Caratelli. “Basicamente, o que estávamos procurando é o efeito do aparecimento de novos neutrinos elétrons causados por esse fenômeno de oscilação.”
Novas direções na pesquisa
O estudo recebeu apoio parcial do Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA e da Fundação Nacional de Ciência. Os resultados complementam trabalhos anteriores liderados pelo grupo da UC Santa Barbara e publicados na Physics Review Letters no verão de 2025, que também não encontraram excesso de neutrinos elétrons.
Embora a hipótese do neutrino estéril tenha sido descartada, as anomalias originais observadas pelo LSND e MiniBooNE ainda não foram completamente explicadas. Assim, com a eliminação desta teoria, os cientistas agora exploram outras possibilidades para os fenômenos observados.
“Acho que é uma mudança de paradigma para nós”, disse Caratelli. “Temos um menu muito mais variado de opções que estamos investigando.”
O que vem a seguir?
O próximo passo na pesquisa será o Experimento de Neutrinos Subterrâneo Profundo (DUNE). Este novo detector receberá um feixe intenso de neutrinos de alta energia enviados através da Terra a partir do Fermilab, percorrendo quase 1.500 km até a instalação.
“O MicroBooNE é grande, com o tamanho de um ônibus escolar. Mas o DUNE tem a escala de um campo de futebol”, comparou Caratelli.
“Uma das coisas principais que o MicroBooNE fez foi nos dar confiança e nos ensinar como usar essa tecnologia para medir neutrinos com alta precisão”, acrescentou. “O que aprendemos com o MicroBooNE sobre como analisar os dados que chegam ao detector se aplica diretamente ao DUNE.”
