Mostrar código-fonte de Neutrino inerte

{{Info/Partícula|spin={{frac|1|2}}}}

'''Neutrinos estéreis''' (ou '''neutrinos inertes''') são [[partícula]]s hipotéticas ([[lépton]]s neutros - [[neutrino]]s) que se acredita interagirem apenas via [[gravidade]] e não através de qualquer uma das outras [[Força fundamental|interações fundamentais]] do [[Modelo Padrão]].<ref>{{Citar web|url=https://neutrinos.fnal.gov/types/sterile-neutrinos/|titulo=Sterile neutrinos|acessodata=2021-04-29|series=All things neutrino|lingua=en-US}}</ref> O termo ''neutrino estéril'' é usado para distingui-los dos ''neutrinos ativos'' comuns conhecidos no [[Modelo Padrão]], que carregam uma carga [[Isospin fraco|isospin]] +/- 1/2 e participam da [[interação fraca]]. O termo normalmente se refere a [[neutrino]]s com [[Quiralidade (física)|quiralidade direita]] (ver [[Neutrino|neutrino dextrógiro]]), que pode ser inserido no Modelo Padrão. Partículas que possuem [[Número quântico|números quânticos]] de neutrinos estéreis e massas grandes o suficiente para não interferirem na teoria atual da [[Nucleossíntese primordial|nucleossíntese do Big Bang]] são frequentemente chamadas '''de léptons pesados neutros''' (LPNs) ou '''léptons neutros pesados''' (LNPs).<ref>{{Citar relatório|primeiro=P.A.|ultimo=Zyla|ano=2020|url=https://pdg.lbl.gov/2020/listings/rpp2020-list-heavy-neutral-leptons.pdf|titulo=Heavy neutral leptons|series=Particle data listings|id=083C01|publicado=[[Lawrence Berkeley Laboratory]]}}</ref>

A existência de neutrinos dextrógiros é teoricamente bem motivada, porque os neutrinos ativos conhecidos são levógiros e todos os outros [[férmion]]s conhecidos foram observados com quiralidade esquerda e direita.<ref name="Boyarsky-Drewes-etal-2019">{{Citar periódico |url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0146641018300711 |título=Sterile neutrino Dark Matter |data=janeiro de 2019 |periódico=Progress in Particle and Nuclear Physics |ultimo=Boyarsky |primeiro=A. |ultimo2=Drewes |primeiro2=M. |paginas=1–45 |lingua=en |arxiv=1807.07938 |bibcode=2019PrPNP.104....1B |doi=10.1016/j.ppnp.2018.07.004 |ultimo3=Lasserre |primeiro3=T. |ultimo4=Mertens |primeiro4=S. |ultimo5=Ruchayskiy |primeiro5=O. |volume=104}}</ref> Eles também poderiam explicar de forma natural as pequenas [[Neutrino|massas ativas de neutrinos]] inferidas da [[Oscilação de neutrinos|oscilação dos neutrinos]].<ref name="Boyarsky-Drewes-etal-2019" /> A massa dos próprios neutrinos dextrógiros é desconhecida e pode ter qualquer valor entre 10e<sup>15</sup> GeV e menos de 1&nbsp;eV.<ref name="RHNeutrinosReview2">{{Citar periódico |título=The phenomenology of right handed neutrinos |periódico=[[International Journal of Modern Physics E]] |número=8 |ultimo=Drewes, Marco |ano=2013 |paginas=1330019–1330593 |arxiv=1303.6912 |bibcode=2013IJMPE..2230019D |doi=10.1142/S0218301313300191 |volume=22}}</ref> Para cumprir as teorias da [[leptogênese]] e [[Matéria escura|da matéria escura]], deve haver ''pelo menos'' 3&nbsp;sabores de neutrinos estéreis (se existirem).<ref>{{Citar periódico |título=Why three generations? |data=2016-07-10 |periódico=Physics Letters&nbsp;B |ultimo=Ibe |primeiro=Masahiro |ultimo2=Kusenko |primeiro2=Alexander |paginas=365–369 |lingua=en |arxiv=1602.03003 |bibcode=2016PhLB..758..365I |doi=10.1016/j.physletb.2016.05.025 |issn=0370-2693 |ultimo3=Yanagida |primeiro3=Tsutomu T. |volume=758 |doi-access=free}}</ref> Isto contrasta com o número de tipos de neutrinos ativos necessários para garantir que a [[Força eletrofraca|interação eletrofraca]] esteja livre de anomalias, que devem ser ''exatamente''&nbsp;3: o número de [[lépton]]s carregados e [[Geração (física)|gerações]] [[Quark|de quarks]].

A busca por neutrinos estéreis é uma área de grande atuação da [[física de partículas]]. Se existirem e sua massa for menor que as energias das partículas do experimento, podem ser produzidos em laboratório, seja pela [[Oscilação de neutrinos|mistura]] entre neutrinos ativos e estéreis ou em colisões de partículas de alta energia. Se forem mais pesados, a única consequência diretamente observável da sua existência seriam as massas de neutrinos ativos observadas. Eles podem, no entanto, ser responsáveis por uma série de fenômenos inexplicáveis na [[cosmologia física]] e [[Astrofísica|na astrofísica]], incluindo [[matéria escura]], [[Bariogénese|bariogênese]] ou hipotética [[radiação escura]].<ref name="RHNeutrinosReview2">{{Citar periódico |título=The phenomenology of right handed neutrinos |periódico=[[International Journal of Modern Physics E]] |número=8 |ultimo=Drewes, Marco |ano=2013 |paginas=1330019–1330593 |arxiv=1303.6912 |bibcode=2013IJMPE..2230019D |doi=10.1142/S0218301313300191 |volume=22}}</ref> Em maio de 2018, os físicos do experimento [[MiniBooNE]] verificaram um sinal de oscilação de neutrinos mais forte do que o esperado, o que pode ser um possível indício de neutrinos estéreis.<ref name="LS-20180601">{{Citar jornal|ultimo=Letzter|primeiro=Rafi|url=https://www.livescience.com/62721-sterile-neutrino-detected-fermilab.html|titulo=A major physics experiment just detected a particle that shouldn't exist|data=1 de junho de 2018|acessodata=3 de junho de 2018|website=[[LiveScience]]}}</ref><ref name="ARX-20180530">{{Citar periódico |título=Observation of a significant excess of electron-like events in the MiniBooNE short-baseline neutrino experiment |periódico=Physical Review Letters |número=22 |ultimo=Aguilar-Arevalo |primeiro=A.A. |ultimo2=Brown |primeiro2=B.C. |ano=2018 |pagina=221801 |arxiv=1805.12028 |bibcode=2018PhRvL.121v1801A |doi=10.1103/PhysRevLett.121.221801 |pmid=30547637 |ultimo3=Bugel |primeiro3=L. |ultimo4=Cheng |primeiro4=G. |ultimo5=Conrad |primeiro5=J.M. |ultimo6=Cooper |primeiro6=R.L. |ultimo7=Dharmapalan |primeiro7=R. |ultimo8=Diaz |primeiro8=A. |ultimo9=Djurcic |primeiro9=Z. |numero-autores=6 |volume=121}}</ref> No entanto, os resultados do experimento MicroBooNE não mostraram nenhuma evidência de neutrinos estéreis em outubro de 2021.<ref>{{Citar comunicado de imprensa|url=https://news.uchicago.edu/story/microboone-experiments-first-results-show-no-hint-sterile-neutrino|titulo=MicroBooNE experiment's first results show no hint of a sterile neutrino|data=27 de outubro de 2021|website=news.uchicago.edu|publicado=[[University of Chicago]] News|lingua=en|urlmorta=não}}</ref>

== Motivação ==
Os resultados experimentais mostram que todos os neutrinos produzidos e observados têm [[Helicidade (física de partículas)|helicidades]] levógiras (spin antiparalelo ao [[Momento linear|momento]]), e todos os antineutrinos têm helicidades dextrógiras, dentro da margem de erro.<ref name="Boyarsky-Drewes-etal-2019">{{Citar periódico |url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0146641018300711 |título=Sterile neutrino Dark Matter |data=janeiro de 2019 |periódico=Progress in Particle and Nuclear Physics |ultimo=Boyarsky |primeiro=A. |ultimo2=Drewes |primeiro2=M. |paginas=1–45 |lingua=en |arxiv=1807.07938 |bibcode=2019PrPNP.104....1B |doi=10.1016/j.ppnp.2018.07.004 |ultimo3=Lasserre |primeiro3=T. |ultimo4=Mertens |primeiro4=S. |ultimo5=Ruchayskiy |primeiro5=O. |volume=104}}</ref> No limite sem massa, significa que apenas uma das duas [[Quiralidade (física)|quiralidades]] possíveis é observada para qualquer partícula. Estas são as únicas helicidades (e quiralidades) permitidas no Modelo Padrão de interações de partículas; partículas com helicidades contrárias são explicitamente excluídas das fórmulas.<ref>{{Citar periódico |título=On the chirality of the SM and the fermion content of GUTs |data=agosto de 2015 |periódico=Nuclear Physics&nbsp;B |ultimo=Fonseca |primeiro=Renato M. |paginas=757–780 |lingua=en |arxiv=1504.03695 |bibcode=2015NuPhB.897..757F |doi=10.1016/j.nuclphysb.2015.06.012 |volume=897 |doi-access=free}}</ref>

Experimentos recentes, como [[Oscilação de neutrinos|a oscilação de neutrinos]], no entanto, mostraram que os neutrinos têm uma massa diferente de zero, o que não é previsto pelo Modelo Padrão e sugere uma física nova e desconhecida.<ref>{{Citar periódico |título=Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos |data=1998-08-24 |periódico=Physical Review Letters |número=8 |ultimo=Fukuda |primeiro=Y. |ultimo2=Hayakawa |primeiro2=T. |paginas=1562–1567 |lingua=en |arxiv=hep-ex/9807003 |bibcode=1998PhRvL..81.1562F |doi=10.1103/PhysRevLett.81.1562 |issn=0031-9007 |ultimo3=Ichihara |primeiro3=E. |ultimo4=Inoue |primeiro4=K. |ultimo5=Ishihara |primeiro5=K. |ultimo6=Ishino |primeiro6=H. |ultimo7=Itow |primeiro7=Y. |ultimo8=Kajita |primeiro8=T. |ultimo9=Kameda |primeiro9=J. |volume=81 |doi-access=free}}</ref> Esta massa inesperada explica os neutrinos com helicidade dextrógira e os antineutrinos com helicidade levógira: Como eles não se movem à velocidade da luz, sua helicidade não é [[Escalar de Lorentz|invariante relativisticamente]] (é possível mover-se mais rápido que eles e observar a helicidade oposta).<ref>{{Citar periódico |url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0954-3899/41/7/075201 |título=Neutrino helicity reversal and fundamental symmetries |data=2014-07-01 |periódico=Journal of Physics&nbsp;G: Nuclear and Particle Physics |número=7 |ultimo=Jentschura |primeiro=U.D. |ultimo2=Wundt |primeiro2=B.J. |paginas=075201 |arxiv=1206.6342 |bibcode=2014JPhG...41g5201J |doi=10.1088/0954-3899/41/7/075201 |issn=0954-3899 |volume=41}}</ref> No entanto, todos os neutrinos foram observados com ''quiralidade'' canhota e todos os antineutrinos com quiralidade destra.

A quiralidade é uma propriedade fundamental das partículas e ''é'' relativisticamente invariante: é a mesma independentemente da velocidade e da massa da partícula em cada referencial inercial.<ref>{{Citar periódico |título=Lorentz invariance in chiral kinetic theory |data=2014-10-30 |periódico=Physical Review Letters |número=18 |ultimo=Chen |primeiro=Jing-Yuan |ultimo2=Son |primeiro2=Dam T. |paginas=182302 |lingua=en |arxiv=1404.5963 |bibcode=2014PhRvL.113r2302C |doi=10.1103/PhysRevLett.113.182302 |issn=0031-9007 |pmid=25396362 |ultimo3=Stephanov |primeiro3=Mikhail A. |ultimo4=Yee |primeiro4=Ho-Ung |ultimo5=Yin |primeiro5=Yi |volume=113 |doi-access=free}}</ref> No entanto, uma partícula com massa que começa com quiralidade canhota pode desenvolver um componente destro à medida que viaja - a menos que não tenha massa, a quiralidade ''não'' se conserva durante a propagação de uma partícula livre através do espaço (propriamente, através da interação com o [[Bóson de Higgs|campo de Higgs]]).

A questão, ainda sim, permanece: Os neutrinos e os antineutrinos se diferenciam apenas em sua quiralidade? Ou será que os neutrinos dextrógiros exóticos e os antineutrinos levógiros existem como partículas separadas dos neutrinos levógiros e antineutrinos dextrógiros comuns?

== Propriedades ==
Tais partículas pertenceriam a uma [[Representação de grupo|representação]] [[Estado singleto|singleta]] no que diz respeito à [[Força forte|interação forte]] e à [[interação fraca]], tendo [[carga elétrica]] zero, [[hipercarga fraca]] zero, [[isospin fraco]] zero e, como acontece com os outros [[lépton]]s, [[carga de cor]] zero, mesmo que  sejam convencionalmente representadas como tendo um número quântico {{Nowrap|{{mvar|[[B-L|B &minus; L]]}}}} de &#x2212; 1.<ref>{{Citar periódico |título=Long-lived TeV-scale right-handed neutrino production at the LHC in gauged U(1)X model |data=2019-12-10 |periódico=Physics Letters&nbsp;B |ultimo=Das |primeiro=Arindam |ultimo2=Dev |primeiro2=P.S. Bhupal |paginas=135052 |lingua=en |arxiv=1906.04132 |bibcode=2019PhLB..79935052D |doi=10.1016/j.physletb.2019.135052 |issn=0370-2693 |ultimo3=Okada |primeiro3=Nobuchika |volume=799 |doi-access=free}}</ref> Se o [[Modelo Padrão]] estiver incorporado em uma hipotética [[Grande teoria unificada|teoria de grande unificação]] [[ASSIM(10)|SO(10)]], eles podem receber um [[X (carga)|carga X]] de &#x2212; 5. O antineutrino levógiro tem um {{Nowrap|{{mvar|B &minus; L}}}} de +1 e um X&nbsp;carga de +5.

Por causa da falta de carga elétrica,  [[hipercarga]] e  carga colorida, os neutrinos estéreis não interagiriam por meio de interações [[Eletromagnetismo|eletromagnéticas]], [[Interação fraca|fracas]] ou [[Força forte|fortes]], tornando-os extremamente difíceis de detectar. Eles têm [[Interação Yukawa|interações de Yukawa]] com [[lépton]]s comuns e [[Bóson de Higgs|bósons de Higgs]], que, através do [[mecanismo de Higgs]], conseguem levar à mistura com neutrinos comuns.

Em experimentos envolvendo energias maiores que sua massa, os neutrinos estéreis participariam de todos os processos em que participam os neutrinos comuns, porém, com uma probabilidade da mecânica quântica que é suprimida por um pequeno ângulo de mistura. Isso torna possível produzi-los em experimentos, desde que sejam leves o suficiente para estarem ao alcance dos atuais aceleradores de partículas.

Eles também interagiriam gravitacionalmente devido à sua massa e, se fossem pesados o suficiente, poderiam explicar [[Matéria escura fria|a matéria escura fria]] ou [[Matéria escura morna|a matéria escura quente]]. Em algumas [[Teorias da grande unificação|teorias de grande unificação]], como [[ASSIM(10)|SO(10)]], eles também interagem por meio [[Bóson de calibre|de interações de calibre]] que são extremamente suprimidas em energias comuns, pois o seu [[bóson de calibre]], derivado de [[ASSIM(10)|SO(10)]], é extremamente massivo. Eles não aparecem em alguns outros TGUs, como o [[Modelo Georgi-Glashow|modelo de Georgi-Glashow]] (''isto é'', todas as suas cargas [[Grupo especial unitário|SU(5)]] ou [[Número quântico|números quânticos]] são zero).

=== Massa ===
Todas as partículas são inicialmente sem massa no Modelo Padrão, uma vez que não há [[Modelo Padrão (formulação matemática)|termos de massa de Dirac]] na [[função de Lagrange|Lagrangiana]] do Modelo Padrão. Os únicos termos de massa são gerados pelo [[mecanismo de Higgs]], que produz acoplamentos Yukawa diferentes de zero entre os componentes levógiros dos férmions (como por exemplo o [[Bóson de Higgs|campo de Higgs]]) e seus componentes dextrógiros. Isso ocorre quando o campo de Higgs do dubleto [[Grupo especial unitário|'''SU''' (2)]] <math>\phi</math> adquire seu valor esperado de vácuo diferente de zero, <math>\nu</math>, [[Quebra espontânea de simetria|quebrando espontaneamente]] sua simetria SU(2) {{Subscrito|L}} &#xD7; U(1) e, desse modo, produzindo acoplamentos Yukawa diferentes de zero:

: <math>\mathcal{L}(\psi) = 
\bar{\psi}(i\partial\!\!\!/)\psi - G \bar\psi_L \phi \psi_R</math>

Esse é o caso dos léptons carregados, como o elétron, mas no Modelo Padrão o neutrino dextrógiro não existe. Portanto, na ausência dos neutrinos quirais direitos estéreis para emparelhar com os neutrinos quirais esquerdos, mesmo com o acoplamento de Yukawa, os neutrinos ativos permanecem sem massa. Em outras palavras, não há termos de geração de massa para neutrinos no Modelo Padrão: para cada geração, o modelo contém apenas um neutrino levógiro e sua antipartícula, um antineutrino dextrógiro, cada um dos quais é produzido em estados próprios fracos durante interações fracas; os neutrinos "estéreis" são omitidos.

No [[mecanismo gangorra]], o modelo é estendido para incluir os neutrinos dextrógiros e antineutrinos levógiros ausentes; supõe-se então que um dos autovetores da matriz de massa do neutrino seja notavelmente mais pesado que o outro.

Um neutrino estéril (quiral direito) teria a mesma [[hipercarga fraca]], [[isospin fraco]] e carga elétrica que sua antipartícula, porque todos estes são zero e, portanto, não são afetados pela [[Simetria C|inversão de sinal]]. {{Nre|E como acontece com todos os outros pares partículas/antipartículas, o neutrino estéril-quiral direito e o antineutrino quiral esquerdo também teriam massa idêntica, diferente de zero. Quiralidade, número de léptons e sabor (se houver) são os únicos números quânticos que distinguem um neutrino estéril de um antineutrino estéril. Para qualquer partícula carregada, por exemplo o [[elétron]], este não é o caso: sua antipartícula, o [[pósitron]], tem carga elétrica oposta, oposta [[isospin fraco]] e quiralidade oposta, entre outras cargas opostas. Da mesma forma, um [[quark up]] tem uma carga de + 2/3 e, por exemplo, uma carga de cor de vermelho, enquanto sua antipartícula tem uma carga elétrica de - 2/3 e neste exemplo uma carga de cor de anti-vermelho.|grupo=}}

=== Termos de Dirac e Majorana ===
Os neutrinos estéreis permitem a introdução de um termo [[Equação de Dirac|de massa de Dirac]] como de costume. Isso pode produzir a massa observada do neutrino, mas requer que a força de acoplamento Yukawa seja muito mais fraca para o neutrino do elétron do que para o elétron, sem explicação. Problemas semelhantes (embora não tão graves) são observados no setor dos quarks, onde as massas superior e inferior se diferem por um fator de 40.

Ao contrário do neutrino levógiro, um termo [[Missa Majorana|de massa de Majorana]] pode ser adicionado a um neutrino estéril sem violar as simetrias locais (isospin fraco e hipercarga fraca), uma vez que não possui carga fraca. No entanto, isso ainda violaria [[Número leptônico|o número leptônico]] total.

É possível incluir '''termos de''' Dirac e Majorana: isso é feito no mecanismo gangorra. Além de satisfazer a [[Equação de Majorana|equação da Majorana]], se o neutrino fosse também [[Partícula neutra real|sua própria antipartícula]], então seria o primeiro [[férmion de Majorana]]. Nesse caso, poderia se aniquilar com outro neutrino, permitindo [[Decaimento beta duplo sem neutrinos|o decaimento beta duplo sem neutrinos]].<ref>{{Citar periódico |url=https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218301311020186 |título=Neutrino-less double beta decay and particle physics |data=setembro de 2011 |periódico=International Journal of Modern Physics&nbsp;E |número=9 |ultimo=Rodejohann |primeiro=Werner |paginas=1833–1930 |lingua=en |arxiv=1106.1334 |bibcode=2011IJMPE..20.1833R |doi=10.1142/S0218301311020186 |issn=0218-3013 |volume=20}}</ref> O outro caso se trata de um [[férmion de Dirac]], que não é sua própria antipartícula.

Matematicamente, temos que fazer uso das propriedades de transformação das partículas. Para campos livres, um campo de Majorana é definido como um estado próprio de conjugação de carga. Entretanto, os neutrinos interagem apenas por meio de interações fracas, que não são invariantes sob [[Simetria C|a conjugação de carga]] (C), nesse sentido, um neutrino de Majorana em interação não pode ser um estado próprio de C. A definição generalizada é: "um campo de neutrino de [[Férmion de Majorana|Majorana]] é um estado próprio da transformação CP ". Por consequência, os neutrinos de Majorana e Dirac se comportariam de maneira diferente sob as transformações CP (na verdade, transformações de [[Transformação de Lorentz|Lorentz]] e [[Teorema CPT|CPT]]). Além disso, um neutrino de Dirac massivo teria momentos de dipolo [[Momento magnético|magnéticos]] e [[Momento do dipolo elétrico|elétricos]] diferentes de zero, ao passo que um neutrino de Majorana não teria. Porém, os neutrinos de Majorana e Dirac são diferentes apenas se a sua massa de repouso não for igual a zero. Para os neutrinos de Dirac, os momentos dipolares são proporcionais à massa e desapareceriam para uma partícula sem massa. Os termos de massa de Majorana e Dirac, entretanto, podem aparecer na massa [[função de Lagrange|Lagrangiana]].

=== Mecanismo de gangorra ===
Além do neutrino levógiro, que acopla à sua família o lépton carregado em correntes de carga fraca, se também houver um neutrino parceiro dextrógiro estéril (um [[Isospin fraco|isosingleto fraco]] com [[Hipercarga fraca|carga]] zero), então é possível adicionar um termo de massa de Majorana sem violar a simetria eletrofraca.<ref>{{Citar conferência |ultimo=Mohapatra |primeiro=R.N. |titulo=Seesaw mechanism and its implications |data=abril de 2005 |publicado=World Scientific |local=Institut Henri Poincaré, Paris, FR |paginas=29–44 |lingua=en |conferencia=Seesaw 25 |arxiv=hep-ph/0412379 |bibcode=2005icsm.conf...29M |doi=10.1142/9789812702210_0003 |isbn=978-981-256-111-4}}</ref>

Tanto os neutrinos levógiros quanto os dextrógiros poderiam então ter massa e quiralidade que não são mais exatamente preservadas (assim, "neutrino levógiro" significaria que o estado é ''principalmente'' esquerdo e "neutrino dextrógiro" significaria ''principalmente'' destro). Para obter os autoestados de massa dos neutrinos, temos que diagonalizar a matriz de massa geral <math>\ M_{\nu}:</math>

: <math>M_{\nu} \approx \begin{pmatrix}
              0      & m_\text{D} \\
              m_\text{D} & M_\text{NHL}
            \end{pmatrix}</math>

onde <math>\ M_\text{NHL}\ ,</math> é a massa do lépton pesado neutro (que é grande) e <math>\ m_\text{D}\ </math> são termos de massa de tamanho intermediário, que interligam as massas de neutrinos estéreis e ativos. A matriz atribui nominalmente massa zero aos neutrinos ativos, mas os termos<math>\ m_\text{D}\ </math> fornecem uma rota para uma pequena parte da enorme massa dos neutrinos estéreis, <math>\ M_\text{NHL}\ ,</math> para "vazar" nos neutrinos ativos.

Além da evidência empírica, também há uma justificativa teórica para o mecanismo gangorra em diversas extensões do Modelo Padrão. Tanto [[Teorias da Grande Unificação|as Teorias da Grande Unificação]] (TGUs) quanto os modelos simétricos levógiro-dextrógiro prevêem a seguinte relação:

: <math>m_\nu \ll m_\text{D} \ll M_\text{NHL}\ .</math>

De acordo com TGUs e modelos levógiro-dextrógiro, o neutrino dextrógiro é extremamente pesado: <math display="inline">M_\text{NHL} \sim 10^5 \ldots 10^{12} \text{ GeV },</math> enquanto o autovalor menor é aproximadamente dado por

: <math>m_\nu \approx \frac{m_\text{D}^2}{M_\text{NHL}}\ .</math> <ref>{{Citar jornal|ultimo=Rodejohann|primeiro=Werner|url=https://indico.cern.ch/event/176696/contributions/1442190/attachments/229763/321468/Rodejohann_CERN-sterile-neutrino-TH-review.pdf|titulo=Sterile neutrinos from the low energy to the GUT scale|data=1 de maio de 2021|urlmorta=não}}</ref>

Este é o [[mecanismo gangorra]] : à medida que o neutrino dextrógiro estéril fica mais pesado, o neutrino levógiro normal fica mais leve. O neutrino levógiro é uma mistura de dois neutrinos de Majorana, e esse processo de mistura é como a massa estéril do neutrino é gerada.

== Neutrinos estéreis como matéria escura ==
Para que uma partícula seja considerada uma candidata à matéria escura, ela deve possuir massa diferente de zero e nenhuma carga [[Eletromagnetismo|eletromagnética]].<ref>{{Citar web|url=https://home.cern/science/physics/dark-matter|titulo=Dark matter|acessodata=2021-04-29|website=[[CERN]]|lingua=en}}</ref> Neutrinos e partículas semelhantes são fonte de interesse na busca pela matéria escura por terem como característica essas duas propriedades. É mais comum hoje que as teorias se baseiem em modelos [[Matéria escura fria|de matéria escura fria]] (a matéria escura no universo primitivo é ''não'' relativística) em oposição a modelos [[Matéria escura quente|de matéria escura quente]] (a matéria escura no universo primitivo ''é'' relativística). Dessa forma, é provável que os neutrinos ativos do Modelo Padrão não representem toda a matéria escura devido à sua baixa massa.<ref>{{Citar periódico |url=https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4915588 |título=Neutrinos and dark matter |data=2015-07-15 |periódico=AIP Conference Proceedings |número=1 |ultimo=Ibarra |primeiro=Alejandro |pagina=140004 |bibcode=2015AIPC.1666n0004I |doi=10.1063/1.4915588 |issn=0094-243X |volume=1666 |doi-access=free}}</ref>

Como não são conhecidos limites para a massa dos neutrinos estéreis, a possibilidade de o neutrino estéril compor a matéria escura ainda não foi descartada, como havia acontecido com os neutrinos ativos. Se a matéria escura consiste em neutrinos estéreis, então certas restrições podem ser aplicadas às suas propriedades. Primeiramente, a massa do neutrino estéril precisaria estar na escala [[Elétron-volt|keV]], para produzir a estrutura do universo observada hoje.<ref>{{Citar periódico |url=https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218271813300206 |título=keV neutrino model building |data=agosto de 2013 |periódico=International Journal of Modern Physics&nbsp;D |número=10 |ultimo=Merle |primeiro=Alexander |pagina=1330020 |lingua=en |arxiv=1302.2625 |bibcode=2013IJMPD..2230020M |doi=10.1142/S0218271813300206 |issn=0218-2718 |volume=22}}</ref> Em segundo lugar, mesmo que não seja necessário que a matéria escura seja estável, o tempo de vida das partículas deve ser superior à idade atual do Universo. Isto coloca um limite superior na força da mistura entre neutrinos estéreis e ativos no [[mecanismo gangorra]].<ref>{{Citar periódico |url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0146641018300711 |título=Sterile neutrino dark matter |data=janeiro de 2019 |periódico=Progress in Particle and Nuclear Physics |ultimo=Boyarsky |primeiro=A. |ultimo2=Drewes |primeiro2=M. |paginas=1–45 |lingua=en |arxiv=1807.07938 |bibcode=2019PrPNP.104....1B |doi=10.1016/j.ppnp.2018.07.004 |ultimo3=Lasserre |primeiro3=T. |ultimo4=Mertens |primeiro4=S. |ultimo5=Ruchayskiy |primeiro5=O. |volume=104}}</ref> Ao  que se sabe sobre a partícula até agora, o neutrino estéril é um candidato promissor à matéria escura, no entanto, como acontece com qualquer outra partícula de matéria escura proposta, ainda não foi confirmada a sua existência.

== Tentativas de detecção ==
A produção e o decaimento de neutrinos estéreis poderiam acontecer através da mistura com neutrinos virtuais ("sem casca de massa"). Houve vários experimentos montados para descobrir ou observar NHLs, por exemplo o experimento [[NuTeV]] (E815) no [[Fermilab]] ou [[Experimento L3|LEP-L3]] no [[Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear|CERN]]. Todos eles levaram ao estabelecimento de limites para a observação, em vez da observação real dessas partículas. Se forem de fato um constituinte da matéria escura, seriam necessários detectores sensíveis [[Raios X|de raios X]] para observar a radiação emitida pelos seus decaimentos.<ref name="bbcwdm">{{Citar jornal|ultimo=Battison|primeiro=Leila|url=https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-14948730|titulo=Dwarf galaxies suggest dark matter theory may be wrong|data=2011-09-16|acessodata=2011-09-18|website=[[BBC News]]}}</ref>
[[Ficheiro:MiniBooNE.jpg|miniaturadaimagem| O interior do detector MiniBooNE no Fermilab. Este detector foi criado para medir a oscilação dos neutrinos.]]
Os neutrinos estéreis podem se misturar com os neutrinos comuns através de uma [[Equação de Dirac|massa de Dirac]] após [[Mecanismo de Higgs|a quebra da simetria eletrofraca]], em analogia aos [[quark]]s e [[Lépton|aos léptons]] carregados.<ref>{{Citar periódico |título=Minimal active-sterile neutrino mixing in seesaw type&nbsp;I mechanism with sterile neutrinos at GeV scale |data=2014-01-31 |periódico=Physical Review&nbsp;D |número=1 |ultimo=Gorbunov |primeiro=Dmitry |ultimo2=Panin |primeiro2=Alexander |paginas=017302 |lingua=en |arxiv=1312.2887 |bibcode=2014PhRvD..89a7302G |doi=10.1103/PhysRevD.89.017302 |issn=1550-7998 |volume=89}}</ref> Os neutrinos estéreis e (em modelos mais complicados) os neutrinos comuns também podem ter [[Equação de Majorana|massas de Majorana]]. No [[mecanismo gangorra]] tipo 1, as massas de Dirac e Majorana são usadas para reduzir as massas de neutrinos comuns e tornar os neutrinos estéreis muito mais pesados do que os neutrinos interativos do Modelo Padrão. Nos modelos de gangorra na escala GUT, os neutrinos pesados podem ser tão pesados quanto na [[escala GUT]] (10e^15 {{Val|u=GeV}}).<ref>{{Citar periódico |título=Sterile neutrino dark matter from freeze-in |data=2016-02-28 |periódico=Modern Physics Letters&nbsp;A |número=6 |ultimo=Shakya |primeiro=Bibhushan |paginas=1630005 |lingua=en |arxiv=1512.02751 |bibcode=2016MPLA...3130005S |doi=10.1142/S0217732316300056 |issn=0217-7323 |volume=31}}</ref> Em modelos alternativos, como o modelo νMSM, onde suas massas estão na faixa de keV a GeV, eles poderiam ser mais leves que os [[Bósons W e Z|bósons de calibre fraco W e Z.]]<ref>{{Citar conferência |ultimo=Gorbunov |primeiro=Dmitry |url=https://pos.sissa.it/234/092 |titulo=nuMSM: the model, its predictions and experimental tests |data=2016-03-16 |publicado=Sissa Medialab |local=Vienna, Austria |pagina=092 |lingua=en |conferencia=European Physical Society Conference on High Energy Physics — PoS (EPS-HEP2015) |doi=10.22323/1.234.0092 |doi-access=free |volume=234}}</ref> Um leve (com massa {{Val|1|u=eV}}) neutrino estéril foi sugerido como uma possível explicação dos resultados do experimento do [[Detector de neutrinos cintilador líquido|Detector de Neutrino Cintilador Líquido]]. No dia 11&nbsp;de abril de 2007, pesquisadores do experimento [[MiniBooNE]] no [[Fermilab]] anunciaram que não haviam encontrado nenhuma evidência que apoiasse a existência de tal neutrino estéril.<ref>{{Citar comunicado de imprensa|url=http://www-boone.fnal.gov/publicpages/First_Results.pdf|titulo=First results|publicado=[[Fermilab|Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)]]}}</ref> Resultados e análises mais recentes forneceram algum suporte para a existência do neutrino estéril.<ref>{{Citar periódico |título=Detection of an unidentified emission line in the stacked X-ray spectrum of galaxy clusters |periódico=[[The Astrophysical Journal]] |número=1 |ultimo=Bulbul |primeiro=E. |ultimo2=Markevitch |primeiro2=M. |ano=2014 |pagina=13 |arxiv=1402.2301 |bibcode=2014ApJ...789...13B |doi=10.1088/0004-637X/789/1/13 |ultimo3=Foster |primeiro3=A. |ultimo4=Smith |primeiro4=R.K. |ultimo5=Loewenstein |primeiro5=M. |ultimo6=Randall |primeiro6=S.W. |volume=789}}</ref>

Dois detectores separados perto de um reator nuclear na França encontraram 3% de antineutrinos desaparecidos. Eles sugeriram a existência de um quarto neutrino com massa de 1,2&nbsp;eV.<ref>{{Citar comunicado de imprensa|url=http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=3045|titulo=The reactor antineutrino anomaly|data=abril de 2012|website=irfu.cea.fr|autor=Lasserre, Th.|lingua=en}}</ref> [[Experimento de neutrinos do reator Daya Bay|Daya Bay]] também procurou por um neutrino leve e estéril e excluiu algumas regiões de massa.<ref>{{Citar periódico |título=Search for a light sterile neutrino at Daya Bay |data=1 de outubro de 2014 |periódico=Physical Review Letters |número=14 |ultimo=An |primeiro=F.P. |ultimo2=Balantekin |primeiro2=A.B. |pagina=141802 |arxiv=1407.7259 |bibcode=2014PhRvL.113n1802A |doi=10.1103/PhysRevLett.113.141802 |pmid=25325631 |ultimo3=Band |primeiro3=H.R. |ultimo4=Beriguete |primeiro4=W. |ultimo5=Bishai |primeiro5=M. |ultimo6=Blyth |primeiro6=S. |ultimo7=Butorov |primeiro7=I. |ultimo8=Cao |primeiro8=G.F. |ultimo9=Cao |primeiro9=J. |numero-autores=6 |volume=113}}</ref> A Colaboração Daya Bay mediu o espectro de energia do antineutrino e descobriu que os antineutrinos com uma energia de cerca de 5&nbsp;MeV estão em excesso em relação às expectativas teóricas. Também registrou 6% de falta de antineutrinos.<ref>{{Citar jornal|ultimo=Jepsen, Kathryn|url=http://www.symmetrymagazine.org/article/daya-bay-discovers-a-mismatch|titulo=Daya Bay discovers a mismatch|data=2016-02-12|acessodata=2022-12-19|website=[[Symmetry (magazine)|Symmetry]]|urlmorta=não}}</ref> Isto poderia sugerir que existem neutrinos estéreis ou que a nossa compreensão de algum outro aspecto dos neutrinos está incompleta.

O número de neutrinos e as massas das partículas podem ter efeitos em grande escala que moldam a aparência da [[Radiação cósmica de fundo em micro-ondas|radiação cósmica de fundo.]] O número total de espécies de neutrinos, por exemplo, afeta a taxa a que o cosmos se expandiu nas suas primeiras épocas: mais neutrinos significa uma expansão mais rápida. A divulgação de dados do Satélite Planck  2013 é compatível com a existência de um neutrino estéril. A faixa de massa implícita é de 0–3&nbsp;eV.<ref>{{Citar periódico |título=Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters |periódico=Astronomy & Astrophysics |ultimo=Ade |primeiro=P.A.R. |ano=2013 |pagina=A16 |arxiv=1303.5076 |bibcode=2014A&A...571A..16P |doi=10.1051/0004-6361/201321591 |numero-autores=etal |volume=571}}</ref> Em 2016, os cientistas do [[Observatório de Neutrinos IceCube]] não encontraram nenhuma evidência do neutrino estéril.<ref>{{Citar jornal|ultimo=Castelvecchi|primeiro=Davide|url=http://www.nature.com/news/icy-telescope-throws-cold-water-on-sterile-neutrino-theory-1.20382#/b1|titulo=Icy telescope throws cold water on sterile neutrino theory|data=8 de agosto de 2016|acessodata=12 de agosto de 2016|website=Nature|doi=10.1038/nature.2016.20382}}</ref> Porém, em maio de 2018, os físicos do experimento [[MiniBooNE]] relataram um sinal de oscilação de neutrinos mais forte do que o esperado, um possível indício de neutrinos estéreis.<ref name="LS-20180601">{{Citar jornal|ultimo=Letzter|primeiro=Rafi|url=https://www.livescience.com/62721-sterile-neutrino-detected-fermilab.html|titulo=A major physics experiment just detected a particle that shouldn't exist|data=1 de junho de 2018|acessodata=3 de junho de 2018|website=[[LiveScience]]}}</ref><ref name="ARX-20180530">{{Citar periódico |título=Observation of a significant excess of electron-like events in the MiniBooNE short-baseline neutrino experiment |periódico=Physical Review Letters |número=22 |ultimo=Aguilar-Arevalo |primeiro=A.A. |ultimo2=Brown |primeiro2=B.C. |ano=2018 |pagina=221801 |arxiv=1805.12028 |bibcode=2018PhRvL.121v1801A |doi=10.1103/PhysRevLett.121.221801 |pmid=30547637 |ultimo3=Bugel |primeiro3=L. |ultimo4=Cheng |primeiro4=G. |ultimo5=Conrad |primeiro5=J.M. |ultimo6=Cooper |primeiro6=R.L. |ultimo7=Dharmapalan |primeiro7=R. |ultimo8=Diaz |primeiro8=A. |ultimo9=Djurcic |primeiro9=Z. |numero-autores=6 |volume=121}}</ref> Desde então, em outubro de 2021, os primeiros resultados do experimento [[MicroBooNE]] não mostraram indícios de neutrinos estéreis, mas encontraram os resultados alinhados com os três sabores de neutrinos do [[Modelo Padrão]].<ref>{{Citar comunicado de imprensa|url=https://news.fnal.gov/2021/10/microboone-experiments-first-results-show-no-hint-of-a-sterile-neutrino/|titulo=MicroBooNE experiment's first results show no hint of a sterile neutrino|data=2021-10-27|acessodata=2021-11-13|publicado=[[Fermi National Accelerator Laboratory]]|lingua=en-US}}</ref> Este resultado não encontrou uma explicação para os resultados anômalos [[MiniBooNE|do MiniBooNE]] .

Em junho de 2022, o [[SAGE (Experimento Soviético-Americano de Gálio)|experimento BEST]] divulgou dois artigos observando um déficit de 20–24% na produção do isótopo germânio esperado da reação {{Nowrap|<sup>71</sup>Ga + &nu;<sub>e</sub> → e<sup>−</sup> + <sup>71</sup>Ge}}. Esse efeito que ficou conhecido como a “anomalia do gálio”, sugere que uma explicação do neutrino estéril poderia ser consistente com os dados.<ref>{{Citar comunicado de imprensa|url=https://scitechdaily.com/deep-underground-experiment-results-confirm-anomaly-possible-new-fundamental-physics/|titulo=Deep underground experiment results confirm anomaly: Possible new fundamental physics|data=2022-06-18|acessodata=2022-06-22|website=SciTechDaily|publicado=[[Los Alamos National Laboratory]]|lingua=en-us}}</ref><ref>{{Citar periódico |título=Results from the Baksan experiment on sterile transitions (BEST) |data=2022-06-09 |periódico=Physical Review Letters |número=23 |ultimo=Barinov |primeiro=V.V. |ultimo2=Cleveland |primeiro2=B.T. |pagina=232501 |arxiv=2109.11482 |bibcode=2022PhRvL.128w2501B |doi=10.1103/PhysRevLett.128.232501 |pmid=35749172 |ultimo3=Danshin |primeiro3=S.N. |ultimo4=Ejiri |primeiro4=H. |ultimo5=Elliott |primeiro5=S.R. |ultimo6=Frekers |primeiro6=D. |ultimo7=Gavrin |primeiro7=V. N. |ultimo8=Gorbachev |primeiro8=V.V. |ultimo9=Gorbunov |primeiro9=D.S. |numero-autores=6 |volume=128}}</ref><ref>{{Citar periódico |url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.105.065502 |título=Search for electron-neutrino transitions to sterile states in the BEST experiment |data=2022-06-09 |periódico=Physical Review&nbsp;C |número=6 |ultimo=Barinov |primeiro=V.V. |ultimo2=Danshin |primeiro2=S.N. |pagina=065502 |arxiv=2201.07364 |bibcode=2022PhRvC.105f5502B |doi=10.1103/PhysRevC.105.065502 |ultimo3=Gavrin |primeiro3=V.N. |ultimo4=Gorbachev |primeiro4=V.V. |ultimo5=Gorbunov |primeiro5=D.S. |ultimo6=Ibragimova |primeiro6=T.V. |ultimo7=Kozlova |primeiro7=Yu.P. |ultimo8=Kravchuk |primeiro8=L.V. |ultimo9=Kuzminov |primeiro9=V.V. |numero-autores=6 |volume=105}}</ref>

Em janeiro de 2023, o [[Experiência ESTÉREO|experimento STEREO]] publicou seu resultado final, relatando a medição mais precisa do espectro de energia do antineutrino associado à fissão do [[urânio-235]]. Os dados são consistentes com o [[Modelo Padrão]] e rejeitam a hipótese de um neutrino estéril.<ref>{{Citar periódico |url=https://www.nature.com/articles/s41586-022-05568-2 |título=STEREO neutrino spectrum of <sup>235</sup>U fission rejects sterile neutrino hypothesis |data=2023-01-12 |periódico=Nature |número=7943 |ultimo=The STEREO Collaboration |paginas=257–261 |arxiv=2210.07664 |doi=10.1038/s41586-022-05568-2 |pmid=36631644 |volume=613}}</ref>

Em 2023, supreendentemente, os resultados das pesquisas do CMS estabeleceram novos limites para neutrinos estéreis com massas de 2-3 GeV.<ref>{{Citar web|url=https://inspirehep.net/literature/2680045|titulo=Search for long-lived heavy neutral leptons decaying in the CMS muon detectors in proton-proton collisions at s^0.5=13 TeV|acessodata=2023-08-05|website=inspirehep.net}}</ref><ref>{{Citar periódico |url=https://physics.aps.org/articles/v16/s107 |título=Record-Breaking Detection of Solar Photons |data=2023-08-03 |periódico=Physics |ultimo=Wilkinson |primeiro=Ryan |paginas=s107 |lingua=en |arxiv=2212.00815 |doi=10.1103/PhysRevLett.131.051201 |volume=16}}</ref>

== Ver também ==

* [[Lista de partículas elementares|Lista de partículas hipotéticas]]
* [[MiniBooNE]] no [[Fermilab]]
* [[WISP (física de partículas)|WISP]]

== Notas de rodapé ==
{{Listanota}}

== Referências ==
{{Reflist|25em}}

== Ligações externas ==

* {{Citar web|url=http://www.nu.to.infn.it/new/Sterile_Neutrinos/|titulo=Sterile neutrinos|website=www.nu.to.infn.it|series=Neutrino unbound|arquivourl=https://web.archive.org/web/20160624023856/http://www.nu.to.infn.it/new/Sterile_Neutrinos/|arquivodata=2016-06-24}}
* {{Citar web|url=http://www-e815.fnal.gov/|titulo=The NuTeV&nbsp;experiment at Fermilab|publicado=[[Fermi National Accelerator Laboratory]]}}
* {{Citar web|url=http://l3.web.cern.ch/l3/|titulo=The L3&nbsp;experiment at CERN|publicado=[[CERN]]}}
* {{Citar revista|título=Experiment nixes fourth neutrino|url=http://www.sciam.com/article.cfm?articleid=E73C8DC4-E7F2-99DF-3A9288CB19A810BB&chanId=sa026|revista=[[Scientific American]]}}
[[Categoria:Matéria escura]]
[[Categoria:Partículas elementares hipotéticas]]
[[Categoria:Neutrinos]]