Físicos do MIT propõem um laser de neutrinos para sondar o Universo

Físicos do MIT avançaram uma proposta para criar um dispositivo digno de ficção científica: um laser de neutrinos, que poderia abrir novas formas de investigar alguns dos maiores enigmas do Universo.

Porque os neutrinos são tão difíceis de estudar

Os neutrinos são as partículas com massa mais abundantes que existem - e, no entanto, são tão esquivos que ganharam a alcunha de “partícula fantasma”. Apesar de, a cada instante, passarem biliões deles através do seu corpo, interagem com a matéria tão raramente que se tornam quase impossíveis de observar e analisar em detalhe.

Conceito: um laser de neutrinos com rubídio-83 e um BEC

Para contornar essa dificuldade, investigadores do MIT e da University of Texas at Arlington descreveram um conceito de laser de neutrinos capaz, em teoria, de reunir essas partículas errantes num feixe concentrado - tornando-as muito mais simples de estudar.

A ideia passa por arrefecer uma nuvem de átomos de rubídio-83 até uma temperatura ainda mais baixa do que a do espaço interestelar, de modo a que passem a comportar-se como uma única entidade quântica. Esse regime corresponde a um estado da matéria conhecido como Condensado de Bose-Einstein (BEC).

O rubídio-83 é radioativo e, quando os seus átomos decaem, emitem neutrinos. Em condições normais, esse decaimento ocorre de forma algo aleatória, libertando neutrinos em todas as direções e em momentos imprevisíveis. Porém, se os átomos estiverem num estado BEC, espera-se que o seu comportamento fique sincronizado - incluindo o próprio decaimento.

Semelhanças com um laser convencional

O mecanismo lembra, pelo menos à primeira vista, um laser tradicional, que gera e “alinha” fotões num feixe bem definido. Aqui, o resultado pretendido seria um feixe intenso de neutrinos dirigido numa única direção, que surgiria poucos minutos depois de se atingir a temperatura adequada.

Para que serviria: deteção, física fundamental e comunicações

Detetar um neutrino é, em grande medida, um jogo de probabilidades. As melhores experiências atuais baseiam-se em observar volumes gigantescos de água ou gelo, em locais com pouca interferência, e esperar pelo raro momento em que um neutrino colide com um núcleo e o sinal fica visível. Se for possível saber onde os neutrinos estarão - e dentro de um volume muito menor - esse “jogo” fica inclinado a nosso favor.

Se os neutrinos puderem ser detetados e estudados com mais fiabilidade, isso poderá ajudar a resolver grandes questões da física, como o que é a matéria escura e por que motivo a antimatéria não eliminou o Universo tal como o conhecemos.

A fraca tendência dos neutrinos para interagir com a matéria também pode ser útil em comunicações: sinais que poderiam ser transmitidos atravessando objetos, inclusive através do subsolo.

Próximo passo: provar no laboratório

Naturalmente, o primeiro passo é confirmar se um laser de neutrinos pode mesmo ser construído.

"Se it turns out that we can show it in the lab, then people can think about: Can we use this as a neutrino detector? Or a new form of communication?" diz Joseph Formaggio, físico do MIT. "That's when the fun really starts."

O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters.