Thread by @nickfismat

Em quais canditatos de teorias pra gravitação quantica os neutrinos sao descritos tendo massa? Perguntado p… — Partiu thread no Twitter uahsauhsaush curiouscat.qa/nickfismat/pos…

Eu gosto de pensar que existem dois problemas principais em Física Fundamental: do que as coisas são feitas e por que elas caem. Um dos objetivos atuais da Física é resolver as duas perguntas com uma resposta só

Porém, atualmente a gente tá meio longe de conseguir isso. A gente ainda não tem respostas satisfatórias pra nenhuma das duas perguntas isoladas

O Modelo Padrão é uma tentativa de resposta pra "Do que as coisas são feitas?". Os aspectos que ele responde ele responde incrivelmente bem, mas ainda tem alguns buracos

Por exemplo, hoje em dia a gente tem certeza que os neutrinos tem massa sim. O motivo é que em 1995 nós descobrimos que existem as chamadas oscilações de neutrinos

O resumo da ópera é que o Modelo Padrão tem três tipos de neutrinos: o do elétron, o do múon e do tau. Cada um eles tem um melhor amigo (o elétron, o múon ou o tau) e a diferença que a gente sabia era que o tau era mais pesado que o múon que era mais pesado que o elétron

Então quando você tinha uma interação envolvendo um múon, você podia ter um neutrino do múon aparecendo no meio da história. O do elétron aparecia com elétrons e coisa e tal (hehe), mas a gente achava que nenhum deles tinha massa

Porém, num belo dia, a galera tava estudando os neutrinos emitidos pelo Sol e chegaram num resultado lá de quantos neutrinos do elétron tinham que chegar na Terra. Como sempre em Física, o povo foi lá medir se tava certo

Turns out que mediram cerca de 35% do que tinha sido previsto

Mas que porra?

Não conheço os detalhes da história, mas alguém virou e falou eventualmente: quanto que tem de neutrino do múon e do tau?

Juntando os dois? 65% do que a gente tinha previsto que tinha que ter de neutrino do elétron

35% + 65% = 100%

Os neutrinos que faltavam tavam chegando aqui, mas eles não eram neutrinos do elétron. Eram neutrinos do múon e do tau

Mas que porra?

Isso é um pouco menos surpreendente do que parece. Uma coisa interessante no Modelo Padrão é a matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. Isso é o termo super chique pra dizer que enquanto as partículas interagem de um jeito, elas tem massa de outro

Ok, vamos com calma aí

Pra explicar isso, eu gosto de pensar com setinhas (se você for da Física, vetores)

Imagina, só pra simplificar, que tivesse só dois tipos de neutrino: elétron e múon. Aí você pega um neutrino e me pergunta: esse neutrino é do elétron ou do múon?

Dá pra escrever isso de um jeito esquisito: vamos chamar o neutrino do elétron de ⬆️ e o do múon de ➡️

Então dá pra frasear a pergunta como sendo: essa seta aí tá em pé ou deitada?

Isso é o jeito que os neutrinos interagem. No meio de uma interação, eles se comportam como sendo uma setinha pra cima ou pro lado

Mas agora eu te pergunto: essa partícula tem massa m_1 ou m_2?

Essa pergunta é diferente, e turns out que os dois tipos de partícula que tem massa definida não são ⬆️ e ➡️, mas sim ↖️, e ↗️

As partículas com massa bem definida são como se fossem somas das partículas que aparecem nas interações (a diagonal é como se fosse a soma da vertical e da horizontal)

A inclinação dessa diagonal é determinada pelo chamado ângulo de Cabibbo. Pra três famílias de partículas (elétron, múon e tau) a ideia é a mesma, mas precisa de mais ângulos, então a gente armazena eles na tal matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa

Isso tudo a gente já manjava pra elétrons, quarks e etc, mas se os neutrinos não tivessem massa não ia importar pra eles (pq todos eles teriam a mesma massa zero)

Mas eles tem massa! Isso quer dizer que quando eles viajam do Sol até a Terra, essa misturinha entre os neutrinos que interagem que forma os neutrinos com massa bem determinada faz com que os neutrinos saiam do Sol sendo neutrinos do elétron, mas cheguem na Terra misturados

Por isso 2/3 dos neutrinos tavam faltando: a conta tava certa, mas quando eles chegaram na Terra eles não eram mais neutrinos do elétron

Usando um pouco de jargão de Quântica, os autoestados de massa dos neutrinos são superposições dos autoestados de interação

Esse foi o Prêmio Nobel de 2015, por sinal, então deve ter um bom tanto de material de divulgação espalhado pela internet caso queira dar uma fuçada uahsau

Tudo isso pra dizer que neutrinos _tem_ massa, então qualquer teoria de tudo que você quiser propor vai ter que explicar a massa dos neutrinos (de preferência, vai ter que expicar tbm pq eles são tão leves)

Teaser: um dos jeitos de explicar pq o neutrino é leve é o chamado seesaw mechanism (mecanismo de gangorra) que é um puta negócio bacana que tbm explica pq a gente só vê neutrino canhoto, mas vou esperar alguém me perguntar pra falar mais sobre

Agora a parte de Gravitação Quântica, que deve ser até mais curta

Como eu disse, um dos objetivos finais da Física é responder "Do que as coisas são feitas e por que elas caem?" numa tacada só, mas isso é bem difícil

Por ser bem difícil, a maioria das teorias de Gravitação Quântica (até onde eu sei, mas sempre posso estar errado) não tenta responder do que as coisas são feitas, só pq elas caem

Então você frequentemente vai ter teorias que vão falar sobre como é a estrutura do espaço-tempo e coisas do tipo, mas não se prestam a responder quais coisas vivem no espaço-tempo

Loop Quantum Gravity, por exempo, se presta a explicar só o como funciona Gravidade Quântica. Ela não tem neutrinos massivos pq ela não tá nem aí pros neutrinos. Isso é visto como um problema separado

Teoria das Cordas, por outro lado, é um formalismo que já tenta responder as duas perguntas de uma vez só. Ao mesmo tempo que permite tentar responder como funciona Gravidade Quântica, já tenta responder tbm de onde vem todo o resto das coisas

Cordas tem neutrinos massivos então? Não faço ideia. Não sei se Cordas consegue recuperar o que a gente observa no LHC e eu acho que ainda não consegue (e acho que esse é um dos maiores problemas em aberto pro pessoal de Cordas)

Porém, pra ser uma Teoria de Tudo você precisa descrever neutrinos massivos

A grande brincadeira, que eu já provoquei um pouco ali em cima pra ver se alguém me dá corda (hehe) é descobrir que tipo de massas os neutrinos tem

Neutrinos podem ter dois tipos diferentes de massa: Dirac ou Majorana. Dirac é parecido com o elétron, enquanto Majorana o neutrino seria a própria antipartícula. Tbm dá pra misturar as duas ideias

Qual dos dois é o certo? Ninguém sabe

É aí que você entra 😉