Neutrinos artificiais podem ter sido detectados pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/11/2021

O experimento proposto será bem maior do que o protótipo do FASER, podendo detectar até 10.000 neutrinos por estação.
[Imagem: CERN]

Neutrinos artificiais

Físicos podem ter detectado pela primeira vez neutrinos produzidos artificialmente - mais especificamente, neutrinos produzidos pelo Grande Colisor de Hádrons, o LHC.

Os neutrinos são conhecidos como "partículas fantasmas" porque eles têm uma massa ínfima, mas não têm carga elétrica, o que torna sua detecção extremamente difícil - calcula-se que um neutrino cruzaria um cubo de chumbo com um ano-luz de aresta sem acertar nenhum átomo.

Ainda assim, já havíamos capturado geoneutrinos do núcleo da Terra, os neutrinos solares e os muito mais comuns neutrinos cósmicos, oriundos de várias fontes energéticas.

Contudo, embora as teorias o indicassem, ninguém havia sido capaz até agora de detectar neutrinos gerados em um colisor de partículas.

Neutrinos de colisor de partículas

O feito coube a um pequeno experimento-piloto, pesando menos de 30 kg, instalado quase 500 metros abaixo do ponto onde as colisões de partículas acontecem no LHC.

Este "experimento experimental", uma proposta de uma equipe de 76 físicos de nove países, inclusive do Brasil, é chamado FASER, sigla em inglês para Experimento de Busca Avançada, onde o "Avançada" é uma referência a um campo da física que busca sinais de fenômenos além daqueles contidos no Modelo Padrão - uma área também conhecida como "nova física".

O pequeno protótipo captou seis eventos que não puderam ser explicados por nenhuma outra partícula conhecida, o que os torna "candidados a neutrino" - o experimento foi construído justamente para detectar essas partículas, mas o número capturado ainda é insuficiente para garantir certeza sobre o resultado.

Com este sucesso inicial, a equipe vai partir agora para construir seu "experimento de verdade", que eles já chamam de FASERnu, que terá mais de uma tonelada.

"Antes deste projeto, nenhum sinal de neutrinos havia sido visto em um colisor de partículas," disse o professor Jonathan Feng, da Universidade da Califórnia de Irvine. "Este avanço significativo é um passo em direção ao desenvolvimento de uma compreensão mais profunda dessas partículas elusivas e do papel que elas desempenham no Universo."

Detector de neutrinos

O instrumento-piloto é composto por placas de chumbo e tungstênio alternadas com camadas de emulsão. Durante as colisões de partículas no LHC, alguns dos neutrinos produzidos se chocam com os núcleos dos átomos desses dois metais muito densos, criando partículas que viajam pelas camadas de emulsão e criam marcas detectáveis.

A emulsão entre as placas funciona de forma parecida com a fotografia baseada em filmes, aquela anterior ao desenvolvimento das câmeras digitais. Quando o filme é exposto à luz, os fótons deixam trilhas no filme de prata que aparecem como padrões - a imagem - quando o filme é revelado. Os físicos também foram capazes de ver as interações dos neutrinos depois de remover e revelar as camadas de emulsão do detector.

As marcas registradas na emulsão fornecem pistas sobre as energias das partículas, se elas são neutrinos ou antineutrinos, e até seus sabores.

Existem três tipos ou "sabores" de neutrinos: o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o neutrino do tau. À medida que viajam, eles podem mudar de identidade, oscilando entre diferentes propriedades - a descoberta da oscilação dos neutrinos rendeu o Nobel de Física em 2015. Há propostas sobre a existência de um quarto tipo, o neutrino estéril, mas sua existência ainda é controversa entre os físicos.

Com base nas seis detecções registradas pelo experimento-piloto, a equipe estima que o futuro FASERnu conseguirá detectar até 10.000 neutrinos por rodada de pesquisas do LHC.

A equipe tem esperança de que seu novo detector também seja capaz de captar os ainda teóricos fótons escuros, que poderiam dar indicações de como a matéria escura interage com a matéria comum por meio de forças que não a gravidade, também chamadas de forças escuras.

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