Físicos da colaboração KATRIN relataram nenhuma evidência de neutrino estéril em uma análise precisa de dados de decaimento de trítio. As descobertas, publicadas na Nature, contradizem reivindicações experimentais anteriores e fortalecem o caso contra um quarto tipo de neutrino. O experimento, baseado na Alemanha, continua a coletar mais dados para testes adicionais.
Os neutrinos, entre as partículas mais abundantes no universo, são notoriamente difíceis de detectar. O Modelo Padrão da física de partículas reconhece três tipos, mas anomalias em experimentos sugeriram há muito a possibilidade de um quarto, chamado neutrino estéril, que interagiria ainda mais fracamente e poderia revolucionar nossa compreensão da física fundamental.
O experimento Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN), localizado no Karlsruhe Institute of Technology na Alemanha, é projetado para medir a massa do neutrino examinando as energias dos elétrons do decaimento beta do trítio. Com mais de 70 metros de extensão, possui uma fonte de trítio, espectrômetro de alta resolução e detector. Em operação desde 2019, o KATRIN realizou agora a busca direta mais sensível por neutrinos estéreis até o momento.
Analisando dados de 259 dias entre 2019 e 2021, que incluíram cerca de 36 milhões de elétrons, a equipe não encontrou distorções no espectro de energia dos elétrons que indicassem um neutrino estéril. Esse resultado exclui uma ampla gama de possibilidades de neutrinos estéreis sugeridas por experimentos anteriores de reatores e gálio, e opõe-se diretamente às reivindicações do experimento Neutrino-4.
"Nosso novo resultado é totalmente complementar aos experimentos de reatores como o STEREO", disse Thierry Lasserre do Max-Planck-Institut für Kernphysik, que liderou a análise. "Enquanto os experimentos de reatores são mais sensíveis a separações de massa estéril-ativa abaixo de alguns eV², o KATRIN explora a faixa de alguns a centenas de eV². Juntos, as duas abordagens agora descartam consistentemente neutrinos estéreis leves que se misturariam notavelmente com os tipos de neutrinos conhecidos."
O baixo fundo do KATRIN garante medições limpas no ponto de criação do neutrino, diferentemente dos estudos de oscilação que rastreiam mudanças ao longo da distância. A colaboração planeja coletar dados até 2025, visando mais de 220 milhões de elétrons para aumentar a precisão por um fator de seis, de acordo com a co-porta-voz Kathrin Valerius do KIT.
Uma atualização em 2026 introduzirá o detector TRISTAN para sondar neutrinos estéreis mais pesados, possivelmente na faixa de keV ligada à matéria escura. "Essa configuração de próxima geração abrirá uma nova janela para a faixa de massa keV, onde neutrinos estéreis podem até formar a matéria escura do Universo", observou a co-porta-voz Susanne Mertens do Max-Planck-Institut für Kernphysik.
Envolvendo mais de 20 instituições de sete países, o KATRIN exemplifica a cooperação científica internacional em física de partículas.
