Neutrinos

Neutrinos são partículas elementares pertencentes ao grupo dos léptons, caracterizadas por não possuírem carga elétrica, terem massa extremamente pequena e interagirem muito pouco com a matéria, o que lhes confere um alto poder de penetração. Existem três tipos conhecidos: neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau, cada um com sua respectiva antipartícula.

Os neutrinos são as partículas mais abundantes do Universo depois dos fótons e desempenham um papel fundamental na astrofísica, ajudando a compreender fenômenos como o funcionamento das estrelas e o início do Universo.

Leia também: O que é um átomo?

Resumo sobre neutrinos

• Neutrinos são partículas elementares que não possuem carga elétrica, têm massa extremamente pequena e alto poder de penetração.

• São as partículas mais abundantes no Universo, depois dos fótons, e podem ajudar a compreender sua origem e evolução.

• Os neutrinos interagem muito pouco com a matéria, sendo o tipo de radiação com o maior poder de penetração.

• Existem três sabores de neutrinos: do elétron, do múon e do tau, cada um com sua antipartícula correspondente.

• Apesar do nome semelhante, os neutrinos são partículas elementares indivisíveis, enquanto os nêutrons são compostos por quarks.

• Os neutrinos foram propostos por Wolfgang Pauli em 1930 para explicar a perda de energia no decaimento beta e detectados experimentalmente em 1956 por Fred Reines e Clyde Cowan.

O que são neutrinos?

Na física de partículas elementares, área da Física que utiliza dos conhecimentos da mecânica quântica e da relatividade especial de Einstein, os neutrinos são classificados como partículas elementares, ou seja, partículas quânticas indivisíveis sem carga elétrica, com massa extremamente pequena e alto poder de penetração, interagindo muito pouco com a matéria.

Tipos de neutrinos

Até o presente momento, são conhecidos três sabores de neutrinos, que não têm relação alguma com o paladar, sendo apenas nomes criativos para uma propriedade quântica, são eles:

• o neutrino do elétron;

• o neutrino do múon; e

• o neutrino do tau.

O múon e o tau são partículas elementares que também fazem parte do grupo dos léptons, são partículas que se assemelham muito com o elétron, porém mais massivas que ele.

Para cada uma das partículas, existem também as suas antipartículas: o antineutrino do elétron; o antineutrino do múon; e o antineutrino do tau.

Veja também: Quais são as três maiores partículas atômicas do Universo?

Qual é a função dos neutrinos?

Depois do fóton, a partícula elementar da luz, os neutrinos são as partículas elementares mais abundantes do Universo. Compreender suas propriedades, mecanismos e como se formam, pode ajudar os cientistas a buscarem respostas sobre o início do Universo (através da radiação cósmica de neutrinos), bem como do futuro dele. Essa compreensão também permite aos cientistas compreenderem o funcionamento do núcleo das estrelas, e pode ainda auxiliar nos estudos de objetos astrofísicos muito distantes, como estruturas galácticas, supernovas e nebulosas.

Características dos neutrinos

Os neutrinos são caracterizados por pertencerem ao grupo dos léptons (partículas que estão sob a atuação da força fraca), por não terem carga elétrica, possuírem uma massa extremamente pequena, serem abundantes no Universo e interagirem pouco com a matéria, sendo difícil a sua detecção.

Os neutrinos interagem tão pouco com a matéria que é o tipo de radiação com o maior poder de penetração, podendo atravessar o planeta Terra inteiro sem interagir com uma partícula sequer.

Os neutrinos são representados pela letra grega nu (v), com o índice embaixo indicando o seu sabor. O elétron é representado pela letra e; o múon, pela letra grega μ; e o tau, pela letra grega τ. As antipartículas são representadas com um traço em cima da letra v. Assim, cada neutrino pode ser representado da seguinte forma: 

Até o momento, não se sabe o valor exato da massa dos neutrinos, mas indícios indiretos indicam que eles têm uma massa de centenas de vezes menor que a do elétron. Por terem uma massa extremamente pequena, os neutrinos viajam pelo espaço em uma velocidade próxima à da velocidade da luz (299.792.458 metros por segundo).

Neutrinos no corpo humano

Durante o dia, ou seja, quando estamos totalmente voltados para o Sol, aproximadamente 65 bilhões de neutrinos atravessam cada centímetro quadrado do nosso corpo a cada segundo. Isso demonstra novamente a grande capacidade dessa partícula elementar penetrar pela matéria sem causar nenhum dano ou mínima interação que seja.

Fontes de neutrinos

Grande parte dos neutrinos do Universo foi provavelmente criada no início do Universo. Ainda assim, outras boas fontes de neutrinos são as estrelas, como o Sol, que, por meio da fusão nuclear em seus núcleos, emite uma grande quantidade de fótons e neutrinos altamente energéticos para o cosmo. Além disso, as explosões estelares conhecidas como supernovas também emitem uma grande quantidade de neutrinos, ainda mais energéticos.

Neutrinos do tau

Após a descoberta da partícula elementar tau (\(τ\)) entre os anos de 1974 e 1977, foi teorizado pelos físicos que poderia haver um neutrino associado a essa partícula, o neutrino do tau (\({ν_τ}\)). Somente no ano de 2000 foi anunciado a sua descoberta no laboratório do Fermilab nos EUA.

Diferenças entre neutrinos e nêutron

Apesar da semelhança dos nomes, neutrinos e nêutron são partículas bem diferentes. Enquanto o neutrino (do italiano, pequeno nêutron) é uma partícula elementar, portanto, indivisível, o nêutron é uma partícula composta por um outro tipo de partícula elementar, os quarks, mais especificamente dois quarks down e um quark up. Os quarks são ligados pelas partículas elementares glúons (do inglês, “cola”).

Portanto, a única semelhança entre essas duas partículas é o fato de terem carga elétrica neutra, por isso a semelhança nos nomes.

Saiba mais: O que a Física Quântica estuda?

História dos neutrinos

A descoberta dos neutrinos se deve a uma inconsistência em um tipo de decaimento radioativo conhecido como decaimento beta. Nele, um núcleo instável emite um elétron, resultando numa perda de energia do núcleo e numa alteração do número de prótons. Por meio de acurados experimentos, notou-se que a energia perdida não era totalmente carregada pelo elétron emitido. Assim, tornou-se um problema em aberto compreender para onde foi essa energia perdida pelo núcleo.

Em 1930, o físico austríaco Wolfgang Pauli propôs que a energia faltante deveria ser correspondida a uma partícula extremamente pequena e de carga elétrica nula, o que a tornaria extremamente difícil de ser detectada. Dois anos depois, o físico italiano Enrico Fermi denominou neutrinos as partículas que tinham o restante da energia perdida pelo núcleo instável.

Somente em 1956, com o avanço das tecnologias nucleares, os cientistas Fred Reines e Clyde Cowan conseguiram detectar os primeiros neutrinos por meio do decaimento beta inverso. Nele, um nêutron é convertido em um próton, e o processo cria um elétron e um antineutrino do elétron.

Créditos da imagem

^[1] Wikimedia Commons

Fontes

CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Óptica e Física Moderna (vol. 4). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Óptica, Relatividade e Física Quântica (vol. 4). 2 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2014.