Físicos da Universidade de Southampton, no Reino Unido, e do Instituto Indiano de Tecnologia de Kanpur (IIT Kanpur), na Índia, divulgaram nesta terça-feira (20) um modelo teórico sobre o neutrino pesado desacoplado e o surgimento do cosmos. O estudo propõe que essa partícula hipotética, ignorada durante décadas por interagir de forma muito fraca, alterou a expansão do Universo primordial após o Big Bang e gerou o desequilíbrio que permitiu à matéria prevalecer sobre a antimatéria.
O trabalho foi conduzido por Rishav Roshan, físico e pesquisador da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Southampton, e Sudipta Show, físico e pesquisador de pós-doutorado do Departamento de Física do IIT Kanpur. “O fato de estarmos aqui prova que ocorreu uma assimetria entre matéria e antimatéria”, afirmou Roshan.
Como o 3º neutrino pesado mudou a expansão após o Big Bang
Pelas teorias cosmológicas atuais, o Big Bang deveria ter produzido quantidades idênticas de matéria — que forma estrelas, planetas, pessoas e objetos — e de antimatéria, composta por partículas com propriedades inversas. Como ambas se destroem mutuamente e liberam energia ao entrar em contato, essa igualdade inicial teria resultado na aniquilação total, deixando um Universo formado apenas por radiação e energia, sem galáxias ou planetas.
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Para investigar por que uma fração de matéria sobreviveu, os pesquisadores recorreram ao mecanismo gangorra tipo-I mínimo, um modelo teórico da física que explica a massa diminuta dos neutrinos comuns associando-os a 3 parceiros pesados. Enquanto a ciência se concentrava em duas dessas partículas, o terceiro neutrino pesado desacoplado costumava ser descartado dos cálculos por quase não interagir com o restante da matéria ao seu redor.
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De acordo com os cálculos de Roshan e Show, essa interação fraca fez com que a partícula tivesse uma taxa de decaimento muito lenta nos instantes iniciais do cosmos. “Esse neutrino pesado desacoplado foi por muito tempo descartado como um detalhe de fundo irrelevante na física de partículas. No entanto, ele decai de forma incrivelmente lenta. À medida que o cosmos esfriava após o Big Bang, a partícula viveu tempo suficiente para assumir temporariamente a densidade de energia do Universo e desencadear um período dominado pela matéria”, declarou Roshan, em tradução livre.
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Interação do neutrino pesado com o bóson de Higgs
A concentração temporária de energia causada pela sobrevivência desse neutrino pesado modificou o ritmo de expansão do espaço enquanto o Universo esfriava. Essa alteração mudou a temperatura exata em que partículas fundamentais, como elétrons e outros léptons carregados, começavam a interagir e entrar em equilíbrio com suas antipartículas.
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Nos cálculos apresentados pelos dois físicos, esse processo ocorreu por intermédio do bóson de Higgs do Modelo Padrão da física de partículas, a estrutura teórica que descreve as forças e os blocos básicos da natureza. “O neutrino desacoplado deslocou a temperatura no Universo primordial na qual partículas fundamentais — como elétrons e outros léptons — interagiam com suas antipartículas com a ajuda do bóson de Higgs do Modelo Padrão. Essa temperatura funciona como um interruptor que molda como o desequilíbrio entre matéria e antimatéria foi construído”, disse Roshan.
A diferença gerada por esse mecanismo foi minúscula, mas suficiente para inclinar a balança a favor da matéria antes que as partículas desaparecessem. Além de preservar a matéria que deu origem às estruturas cósmicas ao longo de bilhões de anos, os autores apontam que a modificação na história da expansão primordial traz implicações diretas para os modelos sobre a produção e a evolução da matéria escura.
Dados e cronologia do estudo na Physical Review Letters
O estudo teórico passou por três etapas editoriais na revista científica Physical Review Letters antes da divulgação pública feita pela instituição britânica em outubro de 2026:
- Título oficial do artigo: Delayed Charged Lepton Yukawa Equilibration in Minimal Seesaw.
- Identificação na revista: volume 137, edição 11, código de artigo 111802.
- 6 de novembro de 2025: recebimento do manuscrito pela publicação científica.
- 12 de agosto de 2026: aprovação formal do estudo para publicação.
- 8 de setembro de 2026: publicação oficial na Physical Review Letters.
- 20 de outubro de 2026: divulgação do comunicado oficial pela Universidade de Southampton.
Prêmio Nobel de Física de 2026 e a pesquisa com neutrinos
Os neutrinos comuns são partículas quase sem massa e sem carga elétrica que atravessam a matéria praticamente sem deixar rastros, característica pela qual ficaram conhecidos na física como partículas fantasma. Mesmo em laboratório, onde cientistas já conseguiram produzir antipartículas e antiátomos, a relação exata entre o comportamento dos neutrinos e a ausência de regiões do Universo dominadas por antimatéria permanece em investigação.
O papel dessas partículas na compreensão do espaço ganhou destaque em 6 de outubro de 2026, quando a Real Academia Sueca de Ciências concedeu o Prêmio Nobel de Física de 2026 ao físico Francis Halzen, da Universidade de Wisconsin–Madison, nos Estados Unidos. Halzen foi premiado por suas contribuições ao Observatório de Neutrinos IceCube, instalado no Polo Sul, e pela descoberta de neutrinos de alta energia de origem astrofísica.
Limitações do modelo do neutrino pesado e testes em observatórios
A existência física do neutrino pesado desacoplado ainda não foi comprovada experimentalmente, e nenhum parceiro pesado previsto no modelo gangorra foi detectado até o momento. “Essa pesquisa nos aproxima de uma explicação para o desequilíbrio entre matéria e antimatéria, mas ainda há incertezas importantes sobre as propriedades desse neutrino e sobre o que aconteceu no Universo primordial”, afirmou Roshan.
Para que a hipótese seja testada no futuro, os autores indicam dois caminhos experimentais: medições mais precisas da oscilação de neutrinos e a busca por ondas gravitacionais primordiais, que são ondulações no espaço-tempo deixadas pelo Universo jovem. “Isso nos oferece uma nova explicação para como a matéria venceu. A mudança drástica na expansão inicial do cosmos deixa marcas distintas, porém detectáveis, de alterações, por exemplo, nas ondas gravitacionais primordiais. Essas assinaturas de ondas gravitacionais abrem novos caminhos para desvendarmos a evolução do Universo primordial após o Big Bang”, declarou Sudipta Show, em tradução livre.
Na sexta-feira (16), Roshan e Show, em conjunto com o físico Stephen F. King, também da Universidade de Southampton, publicaram um estudo complementar em pré-impressão sob o código arXiv:2610.18334, intitulado Cosmological Consequences of a Highly Decoupled Right-handed Neutrino, detalhando como futuras missões espaciais e terrestres de ondas gravitacionais — entre elas SKA, THEIA, LISA, μARES, DECIGO e ET — poderão detectar quebras espectrais deixadas por esse neutrino pesado.
