Neutrino com spin 1/2: como pode?

18 de junho, 2020 às 12:48 | Postado em Estrutura da matéria, Física Nuclear, Física de Partículas

A explicação do Prof. Gustavo em  Momento de dipolo magnético do nêutron resolve a questão do momento magnético do nêutron. Mas como entender o momento magnético (ou spin) do neutrino? Ele não é constituído por partículas carregadas como o nêutron.
Como pode o neutrino apresentar spin 1/2?

Os três tipos de neutrinos são partículas elementares como o próprio elétron, ou seja, léptons e também partículas do tipo férmion. A sugestão de sua existência foi cunhada por Pauli em 1930 quando este explicou a aparente energia perdida no decaimento beta nuclear, conhecido como decaimento do nêutron (Figura 2  na postagem Conservação da massa e da energia no núcleo atômico). Especificamente, a reação envolve a presença de um antineutrino e um elétron a partir do decaimento do bóson W por razões de conservação de números leptônico. Devido à dificuldade de se medir o neutrino por ser fracamente interagente, seu spin é medido somente de forma indireta. Em se conhecendo bem as propriedades de nêutrons, prótons, elétrons e pósitrons, há um requerimento claro para que neutrinos devam ter spin semi-inteiro para conservação de momentum angular em reações, e as medidas experimentais (mesmo que indiretas) confirmam essa propriedade.

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Felipe Kremer – Oi Gustavo Gil da Silveira, acho que tu não entendeu a pergunta. Acho que a dúvida é bem mais profunda do que o W tem Spin 1 e decai em neutrino mais elétron, logo tem que ter spin 1/2 para conservar o número de spin. A pergunta é que o neutrino é neutro e elementar, mas tem spin. Em uma tentativa de explicar o spin do elétron muito se pensou em uma partícula carregada se movendo em uma trajetória circular. Logo, uma espira de corrente e portanto gera um campo magnético. Já o neutron tem carga nula e portanto a analogia com a espira de corrent não funciona. Mas com se sabe que o neutron é composto de quarks que tem spin e cuja soma não se anula ele possui um spin resultante não nulo. O neutrino por outro lado não tem quarks nem carga mas tem spin. Acho que foi nesse sentido que a pessoa perguntou, qual é a interpretação do ponto de vista do modelo padrão?

Gustavo Gil da Silveira – Felipe Kremer pela resposta anterior em relação ao nêutron (como pode possuir momento magnético não-nulo se este tem carga nula), eu segui a mesma linha de raciocínio no sentido de “como o neutrino pode ter spin 1/2 se este possui momento magnético nulo?” Outra interpretação para a pergunta é assumir que ela indica que o momento magnético do neutrino é não-nulo, visto que se quer “entender o momento magnético (ou spin) do neutrino”, pois “Ele não é constituído por partículas carregadas como o nêutron.” Neste caso, a pergunta partiria de um pressuposto incorreto, visto que o neutrino (sem massa) do Modelo Padrão possui momento magnético nulo. Portanto, eu assumi a interpretação fisicamente possível em vista de entender porque o neutrino possui spin 1/2 mesmo tendo momento magnético nulo.

Assim, o requerimento do neutrino possuir um número quântico de spin igual a 1/2 advém da conservação de momentum angular da reação. São propriedades das partículas presentes na Natureza. Muitas vezes as teorias anteciparam tais propriedades antes mesmo de uma medida experimental as confirmando, como foi o caso do Bóson BEH(iggs), um bóson escalar de spin zero. Creio que a analogia da espira funcione para explicar o momento de dipolo magnético do elétron e o seu momento angular de spin relacionado, mas talvez não para interpretar o seu spin. No Modelo Padrão o neutrino é tomado como sem massa e sem carga, o que resulta em um momento magnético nulo, visto que esta grandeza possui dependência direta na carga da partícula e do momento angular de spin. Contudo, extensões do Modelo Padrão que consideram neutrinos massivos (mesmo que massas muito pequenas, como ~1 eV) prevêem um momento magnético não-nulo, pois agora esta grandeza dependeria da massa do neutrino. Medidas experimentais de alta precisão têm sido efetuadas para determinar se o momento magnético do neutrino é de fato não-nulo, o que confirmaria uma evidência de Nova Física.

Talvez seja importante incorporar esses comentários no post do CREF ou até mesmo na própria reposta

Felipe Kremer – Obrigado pela resposta. Como você disse, acho que deverias pedir ao Lang para incorporar essa resposta no CREF, já que dá muito mais detalhe. Claro que novamente você está correto em apontar a minha confusão entre momento angular de spin com o momento magnético…dã!