Um dos princípios fundamentais da teoria da relatividade de Albert Einstein afirma que as leis da física são as mesmas para todos os observadores, independentemente do seu movimento. No entanto, pesquisadores da colaboração internacional KM3NeT utilizaram um telescópio instalado nas profundezas do Mar Mediterrâneo para verificar se essa regra se aplica em todas as circunstâncias.
A equipe analisou 5.828 candidatos a neutrinos atmosféricos e não encontrou sinais de violação da chamada invariância de Lorentz. Apesar do resultado negativo, o estudo estabeleceu novos limites experimentais para possíveis mudanças nas leis da física, incluindo restrições sem precedentes relativas a dois tipos dessas partículas, de acordo com informações do portal Eurekalert.
A invariância de Lorentz está no centro da teoria da relatividade de Einstein. No entanto, algumas propostas teóricas destinadas a conciliar a gravidade com a física quântica sugerem que este princípio pode não ser válido em todas as condições.
Uma dessas hipóteses considera a possibilidade de que o espaço-tempo, geralmente considerado uma estrutura contínua, possa ser composto por unidades extremamente pequenas e discretas. Se isso ocorrer, algumas propriedades fundamentais da física podem apresentar diferenças sob certas condições.
Os neutrinos são partículas particularmente interessantes para estudar essa possibilidade. Eles interagem fracamente com a matéria e são capazes de percorrer enormes distâncias, incluindo a passagem através da Terra. Uma característica importante é a capacidade de mudar de um tipo para outro durante o trânsito, conhecida como oscilação de neutrinos, que inclui três sabores: eletrônico, muônico e tauônico.
A probabilidade dessas transformações pode ser prevista com alta precisão pelos modelos físicos existentes. Se as observações mostrarem desvios das previsões, isso pode indicar a existência de fenômenos ainda desconhecidos, incluindo possíveis violações da invariância de Lorentz.
Para procurar esses desvios, os pesquisadores utilizaram dados do KM3NeT/ORCA, um detector de neutrinos localizado nas profundezas do Mar Mediterrâneo. A análise cobriu 1,4 ano de observações realizadas apenas com seis blocos de detecção, o que foi feito em estágio inicial da construção do equipamento. A equipe comparou a energia e a direção de chegada dos neutrinos registrados com as previsões teóricas. Um total de 5.828 eventos candidatos a neutrinos atmosféricos, formados pela interação de raios cósmicos com a atmosfera da Terra, foram analisados.
Os resultados não revelaram nenhuma violação da invariância de Lorentz. No entanto, os dados obtidos permitiram estabelecer limites mais rigorosos para a intensidade de certos efeitos capazes de alterar o comportamento dessas partículas. Uma das principais conquistas foi a determinação inédita de limites diretos para possíveis diferenças relacionadas a neutrinos muônicos e tauônicos, bem como oscilações entre esses dois sabores.
Mesmo utilizando apenas uma pequena parte da estrutura planejada, o KM3NeT/ORCA conseguiu obter resultados comparáveis aos de experimentos de longo prazo, como IceCube e Super-Kamiokande. O detector continua a ser expandido, e os pesquisadores esperam que o aumento do volume de dados permita estudar efeitos ainda mais fracos. A colaboração também planeja expandir a análise para o KM3NeT/ARCA, outro detector desta estrutura projetado para estudar neutrinos de muito maior energia provenientes de fontes astrofísicas distantes.
Essas partículas podem ser particularmente úteis, pois alguns possíveis efeitos de violação da invariância de Lorentz tornam-se mais evidentes em altas energias e grandes distâncias. Por enquanto, ainda não há quantidade suficiente de neutrinos astrofísicos para realizar tal análise com o ARCA.
