Novos detectores de neutrinos tentarão encontrar partículas jamais vistas

Na tentativa de compreender melhor os neutrinos — partículas fundamentais que quase não interagem com a matéria —, o Fermi National Accelerator Laboratory, do Departamento de Energia dos EUA, usará três detectores para estudar as oscilações dos neutrinos com detalhes sem precedentes. Os cientistas esperam com isso saber mais sobre o papel das chamadas “partículas fantasmas” no universo.

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Os neutrinos foram previstos em 1931 como uma dedução matemática. É que certas reações liberavam energia menor do que teoria mostrava, ou seja, deveria haver uma partícula neutra com a energia que faltava sendo liberada durante essas reações. O problema é que essa partícula é tão sutil que mal interage com a matéria, por isso é tão difícil detectá-la. Assim, eles só foram detectados em 1956.

Para detectar um neutrino, são necessários enormes reservatórios de substâncias que produzam alguma reação que possa ser mensurada. Vários experimentos já foram realizados, incluindo tanques de soluções aquosas de cloreto de cádmio e água extremamente pura. Quando os neutrinos produzidos por um reator reagem com alguma partícula, uma luz é produzida.

Nestes novos detectores, a solução aquosa será o argônio líquido, que ajudará a medir o comprimento das oscilações dessas partículas. Eles ficarão posicionados ao longo de uma linha reta, cada um sondando um feixe de neutrinos. O SBND, em construção, ficará mais próximo da fonte do feixe, a apenas 110 m de distância, enquanto o MicroBooNE, que começou a coletar dados em 2015, fica a 360 metros do SBND. Por fim, o ICARUS, que será inaugurado este ano, fica 130 metros além do MicroBooNE.

O feixe consiste em uma área onde colisões de prótons com um alvo libera um neutrino do múon — um dos três tipos de neutrinos conhecidos. Os outros dois são o neutrino do tau e o neutrino do elétron, de acordo com o Modelo Padrão de partículas, atualmente a melhor explicação para a matéria que conhecemos. Entretanto, os neutrinos também abrem uma possibilidade para ir além do Modelo Padrão, ou seja, uma zona completamente nova e inexplorada poderia ser desvendada, se os cientistas descobrirem como acessá-la.

Essa possibilidade de descobrir uma nova física foi criada com a descoberta da oscilação dos neutrinos — eles podem oscilar entre os três tipos —, implicando que ele tem massa, coisa que o Modelo Padrão não prevê — a massa do neutrino deveria ser zero. Isso significa que se os cientistas puderem compreender os segredos por trás da oscilação e massa dos neutrinos, alguma coisa além do Modelo Padrão pode ser descoberta, talvez algo relacionado à matéria escura.

Quando concluído, o detector SBND será suspenso em uma câmara cheia de argônio líquido, cujos átomos devem colidir com os neutrinos produzidos no feixe. Essa interação deve criar um spray de partículas carregadas e luz, que o detector registrará, fornecendo informações para os cientistas reconstruírem uma imagem 3D precisa das trajetórias de todas as partículas que surgirem a partir da colisão.

Por fim, os pesquisadores esperam encontrar o neutrino estéril, um tipo que não interage com a força fraca. Experimentos anteriores descobriram anomalias que sugerem a existência dessas partículas hipotéticas, e pode ser que o novo projeto, ao medir como os neutrinos oscilam e mudam de tipo, possa confirmar ou descartar que essas anomalias foram causadas por neutrinos estéreis.

Quando estiver totalmente montado, o trio de detectores pesará mais de 100 toneladas e será preenchido com argônio a 190 graus Celsius negativos. Tudo isso ficará em um criostato (um recipiente feito para receber líquidos criogênicos) feito de aço espesso e painéis isolantes que mantêm tudo frio. O detector mais próximo do feixe deve registrar mais de um milhão de interações neutrino-argônio por ano.

Fonte: Phys.org