Novos insights sobre interações de neutrinos

Uma pesquisa na Universidade de Hokkaido revelou que partículas indescritíveis chamadas neutrinos podem interagir com fótons, as partículas fundamentais da luz e outras radiações eletromagnéticas, de maneiras não detectadas anteriormente. As descobertas de Kenzo Ishikawa, professor emérito da Universidade de Hokkaido, com o colega Yutaka Tobita, professor da Universidade de Ciências de Hokkaido, foram publicadas na revista Física Aberta.

“Nossos resultados são importantes para a compreensão das interações da mecânica quântica de algumas das partículas mais fundamentais da matéria”, diz Ishikawa. “Eles também podem ajudar a revelar detalhes de fenómenos atualmente pouco compreendidos no Sol e noutras estrelas.”

Os neutrinos são uma das partículas fundamentais da matéria mais misteriosas. Eles são extremamente difíceis de estudar porque quase não interagem com outras partículas. Eles são eletricamente neutros e quase não têm massa. No entanto, são altamente abundantes, com um grande número fluindo constantemente do Sol e passando pela Terra e, na verdade, por nós mesmos, quase sem qualquer efeito. Aprender mais sobre neutrinos é importante para testar e talvez refinar nossa compreensão atual da física de partículas, conhecida como Modelo Padrão.

“Sob condições ‘clássicas’ normais, os neutrinos não interagirão com os fótons”, explica Ishikawa. “Revelamos, no entanto, como os neutrinos e os fótons podem ser induzidos a interagir em campos magnéticos uniformes de escala extremamente grande – tão grande quanto 10³ km – encontrado na forma de matéria conhecida como plasma, que ocorre em torno das estrelas.” O plasma é um gás ionizado, o que significa que todos os seus átomos adquiriram um excesso ou uma deficiência de elétrons, tornando-os íons com carga negativa ou positiva, em vez dos átomos neutros que podem ocorrer nas condições cotidianas da Terra.

A interação descrita pelos pesquisadores envolve um fenômeno teórico denominado efeito Hall eletrofraco. Esta é uma interação de eletricidade e magnetismo sob condições extremas, onde duas das forças fundamentais da natureza – a força eletromagnética e a força fraca – se fundem na força eletrofraca. É um conceito teórico que se espera que seja aplicado apenas nas condições de energia muito elevada do universo primitivo ou em colisões em aceleradores de partículas.

A pesquisa derivou uma descrição matemática dessa interação neutrino-fóton inesperada, conhecida como Lagrangiana. Isto descreve tudo o que se sabe sobre os estados de energia do sistema.

“Além da sua contribuição para a nossa compreensão da física fundamental, o nosso trabalho também pode ajudar a explicar algo chamado quebra-cabeça do aquecimento da coroa solar”, diz Ishikawa. “Este é um mistério de longa data relativo ao mecanismo pelo qual a atmosfera mais externa do Sol – a sua coroa – está a uma temperatura muito mais elevada do que a superfície do Sol. O nosso trabalho mostra que a interacção entre neutrinos e fotões liberta energia que aquece até a coroa solar.”

“Esperamos agora continuar o nosso trabalho em busca de conhecimentos mais profundos, especialmente em relação à transferência de energia entre neutrinos e fotões sob estas condições extremas”, diz Ishikawa.