Telescópio no Mediterrâneo testa leis da física e estabelece novos limites

Pesquisadores da colaboração internacional KM3NeT utilizaram um telescópio instalado nas profundezas do Mar Mediterrâneo para testar um dos princípios fundamentais da teoria da relatividade de Albert Einstein: a invariância de Lorentz, que estabelece que as leis da física são as mesmas para todos os observadores, independentemente de seu movimento.

A análise, que utilizou dados de 1,4 ano de observações com apenas seis unidades de detecção do telescópio KM3NeT/ORCA, investigou 5.828 eventos candidatos a neutrinos atmosféricos. Essas partículas são produzidas quando raios cósmicos interagem com a atmosfera terrestre e são especialmente úteis para esses estudos por interagirem pouco com a matéria e percorrerem grandes distâncias.

Testando a relatividade com neutrinos

A invariância de Lorentz é central na teoria da relatividade, mas algumas propostas teóricas que buscam conciliar gravidade e física quântica sugerem que esse princípio pode não ser universal. Uma dessas hipóteses considera a possibilidade de o espaço-tempo ser discreto em escalas muito pequenas, o que poderia levar a diferenças nas leis da física sob certas condições.

Os neutrinos, com sua capacidade de mudar de um tipo para outro durante o deslocamento (oscilação de neutrinos), são partículas ideais para investigar essas hipóteses. As probabilidades dessas oscilações são precisamente previstas pelos modelos físicos atuais. Desvios observados em relação a essas previsões poderiam indicar fenômenos desconhecidos, incluindo possíveis violações da invariância de Lorentz.

Resultados e novos limites

A equipe comparou a energia e a direção de chegada dos neutrinos registrados com as previsões teóricas. Apesar de não encontrar evidências de violações da invariância de Lorentz, o estudo, publicado no portal Eurekalert, estabeleceu novos e mais rigorosos limites experimentais para possíveis alterações no comportamento dessas partículas.

Uma das novidades mais significativas foi a definição, pela primeira vez, de limites diretos para possíveis diferenças relacionadas aos neutrinos muônicos e tauônicos, e às oscilações entre esses dois sabores. Esses resultados foram obtidos mesmo com uma fração da capacidade total do detector.

Próximos passos e expansão do projeto

Os resultados do KM3NeT/ORCA já se mostraram competitivos com experimentos de longa duração como IceCube e Super-Kamiokande, mesmo em sua fase inicial de construção. A expansão contínua do detector promete permitir a investigação de efeitos ainda menores.

A colaboração planeja estender as análises para o KM3NeT/ARCA, outro detector do projeto, que é projetado para estudar neutrinos de energias mais altas provenientes de fontes astrofísicas. Esses neutrinos são particularmente úteis, pois possíveis violações da invariância de Lorentz tendem a ser mais evidentes em altas energias e longas distâncias. No entanto, ainda não há dados suficientes de neutrinos astrofísicos para realizar esse tipo de análise com o ARCA.