Resumo:
A colaboração internacional KM3NeT utiliza o detector de neutrinos ORCA no fundo do mar Mediterrâneo para testar a invariância de Lorentz na teoria da relatividade de Einstein. A equipe de pesquisa analisou 1,4 anos de dados observacionais e examinou um total de 5.828 eventos candidatos a neutrinos atmosféricos; os resultados não encontraram sinais de ruptura desta simetria básica, mas estabeleceram novos limites experimentais para vários desvios possíveis.
A invariância de Lorentz é uma base importante do Modelo Padrão da física de partículas e da teoria geral da relatividade, o que significa que as leis da física não mudam se um observador se move a uma velocidade constante diferente ou em uma direção diferente. Algumas teorias da gravidade quântica acreditam que o espaço e o tempo podem não ser contínuos em escalas extremamente pequenas e podem haver pequenos desvios. Medir com precisão o comportamento dos neutrinos é uma das maneiras de encontrar pistas para esta nova física.
Os neutrinos raramente interagem com a matéria e podem passar pela Terra quase sem deixar vestígios; eles também oscilam entre diferentes “sabores” durante sua propagação. Os pesquisadores compararam a energia observada dos neutrinos, a direção de chegada e a oscilação com as expectativas teóricas para procurar anomalias que possam ser causadas pela violação da invariância de Lorentz. O detector ORCA utilizado desta vez tinha apenas seis unidades de detecção implantadas e ainda estava parcialmente concluído.
A análise não encontrou nenhuma evidência da destruição da invariância de Lorentz, mas forneceu restrições competitivas sobre os efeitos específicos que podem afetar as oscilações dos neutrinos do múon e dos neutrinos do tau. O estudo também restringiu diretamente as diferenças nos coeficientes diagonais de vários sabores nos setores de neutrinos do múon e do tau pela primeira vez. A equipe de pesquisa afirmou que, apesar do volume limitado de dados e da escala do detector, os resultados são comparáveis aos experimentos IceCube e Super-Kamiokande de longa duração.
À medida que o ORCA se expande e acumula mais dados, a equipe espera melhorar ainda mais a precisão da medição; espera-se que outro conjunto de detectores KM3NeT/ARCA para neutrinos de energia mais alta seja usado para estudar neutrinos de corpos celestes distantes. Algumas teorias prevêem que os desvios da invariância de Lorentz se tornarão mais pronunciados à medida que a energia das partículas ou a distância de propagação aumentam, mas os eventos astrofísicos de neutrinos atualmente registrados pela ARCA não são suficientes para realizar tal análise.
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