Principais comentários: Experimento na China pode determinar a ordenação em massa de neutrinos

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Neutrinos são partículas fantasmagóricas que não têm carga, no máximo têm muito pouca massa e viajam a uma velocidade próxima à da luz. Eles só interagem com outras partículas através da força nuclear fraca, que pode transformar um nêutron em próton, ejetando um elétron, ou (para um antinêutron) transformar um próton em nêutron, ejetando um pósitron (antielétron). Como a força fraca é muito fraca, tais eventos acontecem raramente, por isso observar estas partículas é bastante difícil. Trilhões de neutrinos passam pelo seu corpo a cada segundo, mas você nunca saberia disso porque poucos realmente interagem com os núcleos do seu corpo.

Existem três tipos conhecidos de neutrinos, cada um ligado a partículas semelhantes a elétrons. O elétron possui o neutrino do elétron; o múon mais pesado contém o neutrino do múon; e a partícula tau muito mais pesada tem o neutrino tau. Uma descoberta a respeito desses vários neutrinos é que cada neutrino se interconverte em outros tipos enquanto se propaga pelo espaço. O facto de os neutrinos não serem estáticos enquanto se movem significa que não se movem à velocidade da luz (mas a uma velocidade ligeiramente mais lenta que essa), o que por sua vez significa que têm massa. Uma pergunta natural a ser feita, então, é: quais são as diversas massas dos neutrinos conhecidos? E se não é possível medir realmente estas massas, será pelo menos possível determinar qual é a ordem das massas?

Uma experiência que deverá estar online em breve na China espera abordar esta questão, ou mesmo respondê-la de imediato. O experimento consiste em uma esfera de acrílico de 35 metros de diâmetro, a ser preenchida com uma solução orgânica que emite um flash de luz (cintila) quando ocorre um evento nuclear. Um conjunto de 43.000 tubos fotomultiplicadores circundará a esfera para detectar tais eventos. Existem 8 reatores nucleares a 53 quilômetros desta esfera que produzem um fluxo constante de antineutrinos de elétrons. Os cientistas irão medir quantos destes antineutrinos de electrões não foram convertidos num dos outros tipos no seu percurso do reactor até ao detector. (O detector é cego para neutrinos de múon e tau.)

É aqui que as coisas ficam um pouco confusas. Os teóricos determinaram que existem três estados de massa do neutrino, que chamam de m1, m2 e m3. É natural assumir imediatamente que cada uma destas três massas corresponde à massa de um dos três tipos de neutrinos, mas na verdade, a massa afirma não se correlacionar com os tipos reais de neutrinos de uma forma um-para-um. Cada um dos tipos de neutrinos é, na verdade, uma superposição da mecânica quântica dos três estados de massa. Já foi determinado que m2 é maior que m1. A questão que permanece é se m3 é mais pesado que m2 (o que é chamado de “ordenação normal”) ou mais leve que m1 (“ordenação invertida”).

Quando um antineutrino de elétron não convertido chega ao detector e interage com um próton, ele converte o próton em um nêutron e libera um pósitron energético. Esse pósitron produzirá um flash visto pelo detector. Mas também, o produto de nêutrons acabará sendo absorvido por um núcleo, que produzirá um segundo flash cerca de 200 milissegundos depois. Esta sequência de dois flashes (combinada com o fato de estar muito abaixo do solo e, portanto, protegida pela própria Terra) permitirá distinguir um evento induzido por um antineutrino dos reatores de um evento produzido por um raio cósmico aleatório. O padrão de quantos antineutrinos de elétrons sobrevivem à sua jornada conterá a assinatura para determinar se a ordem do espectro de massa é normal ou invertida.