O MAGNETISMO OCULTO DO NEUTRÃO, FINALMENTE VISTO

Um neutrão sozinho não dura. Decai num protão, num eletrão e num antineutrino: é o decaimento beta, a versão mais simples de um processo presente em toda a física nuclear. Como um neutrão livre não tem nenhum núcleo à sua volta, o seu decaimento está livre das correções complicadas que dificultam as medições nucleares.

Uma previsão dos anos 1950

Na teoria da força fraca, um princípio chamado corrente vetorial conservada (conserved vector current) liga parte da interação fraca ao eletromagnetismo. Uma das suas previsões emblemáticas, introduzida por Gell-Mann, é o magnetismo fraco: a força fraca tem um termo de tipo magnético, tal como a corrente eletromagnética. A sua intensidade, escrita g_M, é fixada pelos momentos magnéticos do protão e do neutrão. O valor previsto é 4,71.

O magnetismo fraco já foi observado em alguns decaimentos nucleares, a começar por um teste clássico de Lee, Mo e Wu. Mas no decaimento do neutrão livre, o caso mais limpo de todos, nunca tinha sido medido diretamente.

Duas incógnitas, uma medição

A dificuldade não é a precisão. A grandeza mais sensível é a assimetria beta: os eletrões não saem por igual em todas as direções em relação ao spin do neutrão. O magnetismo fraco desloca esta assimetria em cerca de 1,4%, oito vezes a precisão da melhor experiência, a PERKEO III.

Mas a assimetria depende também de um segundo número, λ, a razão entre os dois acoplamentos principais do decaimento. Uma única medição não consegue distingui-los. Os experimentalistas fixavam por isso o magnetismo fraco no seu valor previsto e usavam a assimetria para medir λ.

Desfazer o impasse

Miriam Camarasa-Domene, Martín González-Alonso (IFIC, Valência) e Martín Novoa-Brunet (IFIC e IFAE, Barcelona) vão buscar λ a outro lado. Duas grandezas bem medidas fixam-no por si só:

• o tempo de vida do neutrão, 878,36 segundos na seleção do Particle Data Group;
• o “valor Ft” de decaimentos nucleares especiais que ocorrem apenas através da parte vetorial da força fraca, 3070,01 segundos.

Estão ligados pela relação r_n τ_n (1 + 3λ²) = 2 Ft, que dá λ = −1,27598. Com λ fixado, as medições de assimetria ficam livres para revelar o magnetismo fraco.

5,1 sigma

O resultado: g_M = 4,47 ± 0,87, de acordo com a previsão de 4,71. Um mundo sem magnetismo fraco (g_M = 0) fica excluído a 5,1 sigma, acima do limiar de 5 sigma. Os autores chamam-lhe a primeira observação do magnetismo fraco no decaimento do neutrão livre.

Restrições combinadas: a faixa vermelha vem do tempo de vida e de Ft, a faixa azul da assimetria; o seu cruzamento fixa g_M, longe de zero (linha pontilhada) e perto da previsão (linha tracejada). — Figura 1, Camarasa-Domene, González-Alonso & Novoa-Brunet (2026), arXiv:2610.26792, CC BY 4.0.

Os dados sobre o neutrão são conhecidos por desacordos internos, entre medições antigas e recentes da assimetria e entre duas maneiras de medir o tempo de vida. A equipa repetiu por isso a análise com diferentes escolhas de dados. A significância mantém-se entre 5,0 e 6,1 sigma, e sobe para 6,1 quando só se usam as medições modernas e mutuamente consistentes da assimetria. Um ajuste global anterior, coassinado por um dos autores, tinha encontrado um indício a 3 sigma.

Verificaram também se a dependência da assimetria em relação à energia poderia ajudar. Com a precisão atual, melhoraria a medição em apenas alguns por cento.

Três alavancas para o passo seguinte

Os três ingredientes, assimetria, tempo de vida e valores Ft nucleares, contribuem de forma aproximadamente igual para a incerteza restante. Novas medições de qualquer um dos três, ou melhores cálculos das correções nucleares, transformariam este primeiro avistamento num teste de precisão do Modelo Padrão. Já há trabalho em curso nas três frentes.