Neutrinos são detectados pela primeira vez em um colisor de partículas

Físicos liderados pela Universidade da Califórnia Irvine (UCI) detectaram, pela primeira vez, sinais de neutrinos em um colisor de partículas. O experimento foi realizado no Large Hadron Collider (LHC), onde os cientistas buscam detectar sinais de fótons escuros. Em 2018, outro experimento no LHC detectou um candidato a neutrino, mas este apresentou características não previstas pela física e não foi confirmado.

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Os responsáveis pela detecção de neutrinos são parte de uma colaboração internacional chamada Forward Search Experiment, liderada por físicos da Universidade da UCI. Embora neutrinos produzidos em diferentes fontes naturais já tenham sido encontrados antes, ainda não havia sido detectado candidatos a neutrino produzidos em um colisor de partículas.

Em um artigo publicado na revista Physical Review D, os pesquisadores descrevem como observaram seis interações de neutrinos durante uma execução de um detector de emulsão compacto instalado no LHC em 2018. O sucesso do experimento significa que o método funciona e poderá ser usado em estudos ainda mais robustos.

As próximas pesquisas de neutrinos no LHC começam em 2022, em um novo ciclo de execuções do colisor ao longo de três anos. Com isso, os cientistas esperam obter uma “compreensão mais profunda dessas partículas indescritíveis e do papel que desempenham no universo”, explica Jonathan Feng, professor da UCI e coautor do estudo.

Detectando os neutrinos

O instrumento para detectar os neutrinos é composto de placas de chumbo e tungstênio alternadas com camadas de emulsão. Durante as colisões de partículas no LHC, alguns neutrinos foram produzidos e se chocaram com os núcleos destes dois metais densos, criando outras partículas que viajam pelas camadas de emulsão.

Essas jornadas através da emulsão criam marcas que aparecem após o processamento no computador, e funcionam mais ou menos como fotografias analógicas. À medida que essas marcas são “estampadas” nessas camadas, os cientistas podem mapeá-las e descobrir suas características, como as energias e sabores das partículas (tau, múon ou elétron).

Com o sucesso deste experimento, a equipe pretende ampliar a pesquisa com um novo detector de emulsão. O novo instrumento pesará quase 40 vezes mais que o atual e conseguirá diferenciar muito melhor entre as variedades de neutrinos.

Produzir e detectar neutrinos no colisor não é o objetivo final do experimento, mas sim buscar por possíveis pistas sobre a matéria escura. Os cientistas pretendem encontrar sinais de fótons escuros, uma partícula hipotética proposta como um transportador de força semelhante ao eletromagnetismo, mas conectada à matéria escura.

Caso um fóton escuro seja detectado, ele poderia fornecer informações sobre como a matéria escura interage com os átomos da matéria bariônica (a matéria normal do universo) e outros tipos de partículas do universo por meio de forças não gravitacionais.

Fonte: Physical Review D; Via: Universidade da Califórnia Irvine