Num marco para a física de partículas, as colaborações responsáveis pelas experiências T2K, no Japão, e NOvA, nos EUA, uniram os seus dados pela primeira vez para produzir algumas das medições mais precisas de sempre sobre a forma como os neutrinos se alteram durante as suas deslocações. Segundo a informação avançada pela Michigan State University, cujo trabalho foi suportado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e detalhado num estudo publicado na revista Nature, esta cooperação internacional procura responder a uma das maiores questões em aberto na física: a razão pela qual o nosso universo contém mais matéria do que antimatéria.
Kendall Mahn, professor de física e astronomia que coliderou a investigação e serve como co-porta-voz da colaboração T2K, descreveu o resultado como uma grande vitória para o setor, sublinhando a capacidade de trabalhar em conjunto para escrutinar estas partículas com um grau de detalhe sem precedentes.
A anomalia da antimatéria e o mistério da carga-paridade
A teoria do Big Bang sugere que a criação do cosmos deveria ter gerado quantidades exatamente iguais de matéria e antimatéria. Se este cenário perfeito se tivesse concretizado, as duas partes ter-se-iam aniquilado mutuamente, deixando um vazio preenchido apenas por energia. A sobrevivência da matéria, que ditou a formação de galáxias, estrelas, planetas e da própria vida, intriga a comunidade científica há décadas. A justificação para este desequilíbrio pode residir nos neutrinos, caso o seu comportamento divirja das suas contrapartes de antimatéria — um fenómeno definido como violação da simetria de carga-paridade (CP).
Embora sejam das partículas mais comuns em todo o universo, a sua observação constitui um desafio técnico extremo. Joseph Walsh, investigador pós-doutorado da Universidade do Estado do Michigan, clarifica que as suas massas residuais fazem com que raramente interajam com os elementos físicos. Centenas de biliões de neutrinos provenientes do Sol atravessam o corpo humano a cada segundo, mas quase todos passam sem deixar qualquer registo. Para os estudar de forma viável, o setor exige fontes artificiais muito intensas e detetores de dimensões colossais.
Duas abordagens para um objetivo comum
O consórcio baseou-se nas dinâmicas mecânicas de duas instalações independentes para rastrear a chamada "oscilação de sabor" das partículas. A experiência T2K (Tokai to Kamioka) gera um feixe de neutrinos do muão a partir do complexo de aceleradores J-PARC, em Tokai, enviando-o ao longo de 295 quilómetros até ao detetor Super-Kamiokande. Em simultâneo, o projeto NOvA emite um feixe a partir do Fermilab, nos arredores de Chicago, direcionando-o para um detetor no norte do Minnesota, numa viagem de cerca de 810 quilómetros. Ambos os sistemas cruzam medições efetuadas perto da fonte com os dados captados nos recetores distantes.
Liudmila Kolupaeva, colaboradora da NOvA, argumenta que a união da análise potencia uma precisão inalcançável por cada experiência de forma isolada. As infraestruturas recorrem a energias de feixe e distâncias diferentes, garantindo assim métricas complementares cruciais para a validação matemática. Tomáš Nosek, membro da T2K, apontou igualmente a complexidade de fundir o trabalho de peritos que operam em ambientes distintos com ferramentas muito diferentes.
Ordenação de massas e décadas de dados
A investigação clarificou também detalhes sobre os três estados de massa conhecidos dos neutrinos, que podem assumir uma ordenação normal ou invertida. A equipa não encontrou evidências claras que ditem uma preferência por qualquer um dos cenários. Caso futuras investigações comprovem a ordenação normal, será necessário acumular mais dados para determinar a existência de violação da simetria CP. No entanto, se o padrão invertido for o correto, os resultados agora fundidos fornecem provas consistentes com a violação desta simetria. O documento entrega ainda a medição mais precisa obtida até à data de uma das diferenças fundamentais entre os estados de massa.
A compilação destes registos revelou-se um projeto colossal, com início marcado em 2019. A equipa combinou 8 anos de dados operacionais da NOvA com uma década de observações processadas pela T2K. A escala humana do compromisso é também inédita: a estrutura NOvA engloba mais de 250 cientistas e engenheiros de 49 instituições em 8 países, enquanto a T2K agrega mais de 560 membros oriundos de 75 instituições espalhadas por 15 países. As duas frentes continuam a recolher informações diariamente, preparando desde já o terreno para atualizações analíticas futuras.
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