1.555 NEUTRINOS QUE EMPURRARAM UM NÚCLEO INTEIRO
Às vezes, um neutrino não atinge uma única partícula dentro de um átomo, mas o núcleo inteiro de uma só vez, que recua como um único bloco. Esse “espalhamento elástico coerente de neutrinos por núcleos” foi previsto em 1974. Como o núcleo todo participa, a probabilidade de uma colisão aumenta, de modo que detectores que pesam apenas alguns quilos conseguem vê-lo.
Ele foi detectado pela primeira vez pela colaboração COHERENT, com neutrinos de uma fonte de nêutrons. Grandes detectores de matéria escura também relataram indícios dele com neutrinos vindos do Sol. Os reatores nucleares são outra fonte: eles produzem antineutrinos de energia mais baixa, até cerca de 10 milhões de elétron-volts. A primeira detecção junto a um reator veio do próprio CONUS+, com uma significância de 3,7 σ.
Um sussurro de energia
O problema é o quão pequeno é o empurrão. Um antineutrino vindo de um reator faz um núcleo de germânio recuar com no máximo alguns milhares de elétron-volts. Apenas 15 a 20% dessa energia se transforma num sinal elétrico que o detector consegue ler. Todos os eventos se acumulam logo acima da menor energia que o detector consegue registrar — exatamente onde a calibração é mais difícil.
Um detector ao lado do núcleo
O CONUS+ fica na usina nuclear de Leibstadt, na Suíça, a 20,7 metros do núcleo de um reator que produz 3,6 gigawatts de calor. Ele funciona desde novembro de 2023. Para sua segunda campanha, dois cristais maiores de germânio ultrapuro se juntaram a um dos detectores originais: 5,6 quilos de massa ativa no total. Uma blindagem compacta de chumbo e plástico com boro, um detector que veta os múons cósmicos e uma lavagem constante com ar livre de radônio reduzem o ruído de fundo por um fator de cerca de 10.000.
Os dados foram coletados de fevereiro de 2025 a julho de 2026: 1.296 quilograma-dias com o reator em funcionamento e 86 com ele parado.
Contagem às cegas
Para não se enganarem, os físicos mantiveram ocultos os dados de baixa energia enquanto montavam sua análise, depois revelaram os detectores um a um. O resultado: 1.555 ± 152 eventos. O sinal é 10,2 vezes maior que sua incerteza. O Modelo Padrão da física de partículas previa 1.701 ± 198 — concordância dentro de 0,6 desvio-padrão, uma razão entre medido e previsto de 0,91 ± 0,14.
Uma verificação útil: com o reator parado, o ajuste encontra 22 ± 29 eventos, compatível com zero. Um sinal que não viesse do reator teria dado cerca de 103.
Contagens nos três detectores com o reator em funcionamento: o sinal dos neutrinos (laranja) fica acima dos ruídos de fundo, logo acima do limiar. — Figura 1, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.
A maior coleta até agora
Segundo os autores, esta é a maior amostra desse tipo de colisão já detectada e a medição mais precisa nas energias de reator, com uma precisão comparável à do recente resultado do COHERENT com germânio. A incerteza na contagem é agora de 9,8%, quase três vezes menor que na primeira campanha.
Ela está de acordo com os limites superiores estabelecidos por outros experimentos com germânio junto a reatores. Em contrapartida, o sinal relatado pelo experimento Dresden-II corresponde a uma taxa claramente mais alta do que as observadas pelos outros experimentos com germânio junto a reatores, incluindo este.
Intensidade da colisão em função do número de nêutrons no núcleo-alvo: o CONUS+ (losango preto, germânio) fica sobre a curva dos reatores (vermelha). — Figura 3, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.
Pesando a força fraca
No Modelo Padrão, a taxa de colisões cresce com o quadrado da “carga fraca” do núcleo:
Q_W = N − (1 − 4 sin²θ_W) Z
em que N e Z são seus números de nêutrons e de prótons, e θ_W é o ângulo de mistura fraca, um parâmetro da força nuclear fraca. A partir da contagem, a equipe encontra sin²θ_W = 0,225 ± 0,022, em linha com o valor esperado de 0,2387. Entre as medições desse tipo, esta sonda a força com a menor transferência de momento.
A contagem continua
A medição ainda é limitada principalmente pelo número de eventos. Mais um ano de dados reduziria a incerteza estatística para cerca de 5%. Uma calibração melhor no limiar e novas medições de como o germânio converte a energia de recuo devem reduzir a incerteza da previsão. Os autores veem os neutrinos de reator passando da primeira detecção à medição de precisão.