A colaboração IceCube fez uma descoberta significativa em astrofísica ao detectar um tipo especial de neutrino, conhecido como neutrino tau, de uma fonte astrofísica pela primeira vez. Até agora, o neutrino tau, que foi descoberto no ano de 2000, não havia sido observado vindo de fora da atmosfera da Terra. Os pesquisadores da colaboração relataram a identificação de sete eventos potenciais de neutrinos tau, marcando um marco no estudo dessas partículas elusivas.
Neutrinos são partículas fundamentais que vêm em três tipos: neutrinos eletrônicos, neutrinos muônicos e neutrinos tau. Cada tipo está associado a uma partícula carregada correspondente – o elétron, o múon e o tau, respectivamente. Apesar de serem incrivelmente abundantes, com uma estimativa de 100 trilhões passando pelo corpo humano a cada segundo, os neutrinos raramente interagem com a matéria, ganhando o apelido de “partículas fantasmas”.
Detectar essas partículas é um desafio formidável devido à sua natureza elusiva. Observatórios como o IceCube, que está localizado no gelo da Antártida, são projetados para capturar as raras interações entre neutrinos e matéria. Os detectores do IceCube são enterrados profundamente no gelo, onde esperam capturar os fracos lampejos de luz produzidos quando um neutrino colide com uma molécula de gelo.
A detecção de neutrinos tau é particularmente desafiadora porque os neutrinos podem oscilar entre os três tipos, mudando de neutrinos eletrônicos para neutrinos muônicos e para neutrinos tau à medida que viajam pelo espaço. Esse fenômeno é uma consequência dos neutrinos possuírem uma mistura mecânica quântica de diferentes massas, o que leva às suas oscilações de sabor.
Os pesquisadores do IceCube estavam procurando por uma assinatura específica das interações de neutrinos tau, conhecida como o evento de “cascata dupla”. Nesse processo, um neutrino tau de alta energia colide com uma partícula no gelo, criando uma partícula tau que emite luz. Posteriormente, a partícula tau decai de volta para um neutrino tau, produzindo uma segunda explosão de luz. Esse duplo lampejo de luz é a marca registrada de uma interação de neutrino tau.
A equipe do IceCube relatou sete instâncias onde essa cascata dupla foi observada, levando-os a acreditar que esses eventos são de fato causados por neutrinos tau. De acordo com Doug Cowen, professor de física na Universidade Estadual da Pensilvânia e um dos principais pesquisadores do estudo, a probabilidade de que esses eventos sejam imitações causadas por outros fatores ambientais é menor que uma em 3,5 milhões. Cowen declarou: “A detecção de sete eventos candidatos a neutrinos tau nos dados, combinada com a quantidade muito baixa de fundo esperado, nos permite afirmar que é altamente improvável que os fundos estejam conspirando para produzir sete impostores de neutrinos tau.”
Esta descoberta não apenas lança luz sobre o comportamento e as propriedades dos neutrinos tau, mas também apoia as descobertas anteriores do IceCube sobre o fluxo difuso de neutrinos astrofísicos, um fenômeno que sugere que os neutrinos estão constantemente chegando à Terra de todas as direções no espaço. Os resultados desta pesquisa foram aceitos para publicação na revista Physical Review Letters, e uma pré-publicação está disponível no repositório arXiv.
