Neutrinos aparecem na natureza em três "sabores" diferentes, compostos por uma mistura de três diferentes massas de neutrinos. Embora a diferença entre estas massas seja conhecida, até agora tínhamos muito pouca informação a respeito da massa da espécie mais leve.
Compreender melhor neutrinos e os processos pelos quais eles obtêm suas massas é de extrema importância pois tem o potencial de revelar segredos sobre o nosso Universo incluindo como galáxias se distribuem, porque o Universo está em expansão acelerada e do que é feita a estranha matéria escura.
Primeiro autor do artigo, o brasileiro Dr. Arthur Loureiro (UCL Physics & Astronomy), disse: "Cem bilhões de neutrinos vindos do nosso Sol passam voando pelo nosso polegar a cada segundo, inclusive durante a noite. São partículas "fantasmas" que interagem muito fracamente com a matéria comum e que sabemos muito pouco sobre. O que sabemos é que quando neutrinos se movem, eles podem mudar entre seus três sabores diferentes; isso só pode acontecer se ao menos duas de suas massas forem maiores que zero."
"Os três sabores podem ser comparados a um sorvete napolitano, ao pegar uma colherada temos morango, chocolate e baunilha. Os três sabores sempre estão presentes mas em diferentes proporções. Essa mudança em proporções e em sabor - e em consequência, o estranho comportamento dessas partículas - só pode ser explicada por neutrinos tendo massa."
O conceito de neutrinos possuírem massa é relativamente novo, comprovado por uma descoberta em 1998 que deu aos Professores Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald o prêmio Nobel em Física de 2015. Mesmo assim, o Modelo Padrão usado por físicos atualmete ainda tem que ser atualizado para designar corretamente massas aos neutrinos.
O estudo, publicado no periódico americano Physical Review Letters por pesquisadores da University College London, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Institut d'Astrophysique de Paris e pela Universidade de São Paulo, determina um limite superior para a massa do neutrino mais leve pela primeira vez. A particula ainda poderia tecnicamente ter massa zero, visto que um limite inferior ainda está para ser determinado.
O time de pesquisadores utilizou uma abordagem inovadora para calcular a massa dos neutrinos usando dados coletados por cientistas das áreas de Cosmologia e Física de Partículas. Estes incluem dados de mais de um milhão de galáxias do Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) para medir a taxa de expansão do Universo e medidas de experimentos como aceleradores de partículas.
"Nós utilizamos informações de uma variedade de experimentos e fontes, incluindo telescópios espaciais e terrestres observando a primeira luz do Universo (a radiação cósmica de fundo), supernovas, o maior mapa 3D de galáxias do Universo, aceleradores de partículas, reatores nucleares entre outros", disse Dr. Loureiro.
"Neutrinos são extremamente abundantes, porém muito pequenos e evasivos, nós precisávamos de qualquer pedaço de conhecimento disponível para estimarmos as suas massas. Nosso método pode ser aplicado a outras grandes questões intrigantes em Cosmologia e Física de Partículas."
Os pesquisadores utilizaram as informações em conjunto para preparar um quadro de análises no qual a massa dos neutrinos pode ser computada individualmente utilizando um modelo matemático simples. O time utilizou o supercomputador da UCL, Grace, para calcular que a maior massa possível para o neutrino mais leve deve ser menor que 0.086 eV (95% confiança), o que é equivalente a 1.5 x 10-37 Kg. Também foi estimado que a massa das três espécies de neutrinos juntas deve ter um limite superior de 0.26 eV (95% confiança).
O aluno de doutorado Andreu Cuceu (UCL Physics & Astronomy), segundo autor do artigo, disse: "Nós utilizamos mais de meio milhão de horas de processamento para analisarmos os dados; isto seria equivalente a 60 anos em um único processador. Este projeto elevou os limites para análise de Big Data em Cosmologia".
O time diz que compreender como a massa dos neutrinos pode ser estimada é de fundamental importância para futuros telescópios em cosmologia como DESI e Euclid, ambos envolvendo times da UCL.
O Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) irá estudar a estrutura em larga escala do Universo e seu conteúdo de matéria e energia escuras com alta precisão. Euclid é um novo telescópio sendo desenvolvido pela Agência Espacial Européia (ESA) para mapear a geometria do Universo escurro e a evolução de estruturas cósmicas.
O Professor Ofer Lahav (UCL Physics & Astronomy), co-autor do estudo e Presidente dos Consórcios Britânicos do Dark Energy Survey e do DESI, disse: "É impressionante como a distribuição de galáxias em imensas escalas pode nos dizer a respeito da massa do neutrino mais leve, este é um resultado de fnudamental importancia para a física. Este novo estudo demonstra que estamos no caminho para realmente medirmos a massa dos neutrinos utilizando a próxima geração de grandes levantamentos de galáxias espectroscópicos como o DESI, Euclid e outros."
A pesquisa foi financiada pelo Conselho Nacional para Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq) através de bolsas do Ciências sem Fronteiras, pela Sociedade Astronomia Real, Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia Britânico (STFC), Sociedade Real e pelo Conselho Europeu de Pesquisas.
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Physical Review Letters