O neutrino é uma das partículas mais evasivas do universo, perdendo apenas para a supermisteriosa matéria escura. Eles participam da interação nuclear fraca e são responsáveis pela fusão e decaimento nuclear. Sempre que algo nuclear acontece, há neutrinos. Por exemplo, o núcleo do Sol é uma reação de fusão nuclear gigante, então é claro que produz muitos neutrinos. Os cientistas dizem que, se você pudesse apontar o polegar para o Sol, aproximadamente 60 bilhões de neutrinos passariam pela unha do polegar a cada segundo. Mas os neutrinos interagem tão raramente com a matéria que, embora trilhões e trilhões deles passem pelo seu corpo a cada segundo, ao longo de sua vida o número total de neutrinos que realmente atingirão seu corpo não é mais do que um.
Os neutrinos são tão fantasmagóricos que, por décadas, os físicos assumiram que essas partículas não têm massa e viajam pelo universo na velocidade da luz. Estudos recentes comprovam que os neutrinos são poucos, mas são importantes. A quantidade exata de massa é objeto de pesquisa científica ativa. Existem três tipos de neutrinos: o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o neutrino do tau. Cada um está envolvido em diferentes tipos de reações nucleares e, infelizmente, todos os três tipos de neutrinos têm a incrível capacidade de mudar de identidade enquanto viajam.
A massa de neutrinos não tem explicação no Modelo Padrão da física de partículas, nossa atual e melhor teoria das interações fundamentais. Assim, os físicos gostariam de fazer duas coisas: medir as massas dos três tipos de neutrinos e entender de onde vêm essas massas. Isso significa que eles têm que realizar muitos experimentos.
O experimento Kamiokande no Japão, por exemplo, possibilitou a detecção de neutrinos emitidos pela supernova 1987A. Para isso, precisavam de um tanque com mais de 50 toneladas de água. O observatório de neutrinos IceCube na Antártida decidiu elevar o nível. Este observatório consiste em um sólido quilômetro cúbico de gelo no Pólo Sul, com dezenas de cordas de receptores do tamanho da Torre Eiffel submersas um quilômetro no gelo. Após dez anos de operação, o IceCube detectou alguns dos neutrinos mais energéticos da história e deu os primeiros passos para encontrar sua origem.
Também interessante:
- As primeiras partículas do universo foram recriadas. Alerta de spoiler: eles parecem estranhos
- Físicos ucranianos participaram da descoberta de uma nova partícula elementar - o oderon
Por que tanto Kamiokande quanto IceCube usam tanta água? Os cientistas dizem que um grande pedaço de quase qualquer coisa pode ser um detector de neutrinos, mas a água pura é o ideal. Quando um dos trilhões de neutrinos que passa colide com uma molécula de água aleatória, ele emite um breve flash de luz. Os observatórios contêm centenas de fotorreceptores, e a pureza da água permite que esses detectores determinem a direção, o ângulo e a intensidade do flash com muita precisão (se a água tivesse impurezas, seria difícil reconstruir de onde veio o flash dentro do volume).
Esses estudos são adequados para pesquisas de neutrinos comuns, "cotidianos". Mas os neutrinos mais energéticos são extremamente raros – e são os mais fascinantes e interessantes porque só podem ser causados pelos maiores eventos gigantes do universo.
Infelizmente, todo o poder do IceCube, após uma década de observação, foi capaz de capturar apenas um punhado desses neutrinos superpoderosos. A equipe da iniciativa Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE) propôs transformar um pedaço isolado, mas vasto, do Oceano Pacífico em um detector de neutrinos. Supõe-se que longas cadeias de fotodetectores de quilômetros de comprimento serão abaixadas até o fundo do oceano, com flutuadores presos a eles, de modo que os detectores fiquem verticalmente na água, como algas mecânicas gigantes.
Atualmente, o projeto P-ONE inclui sete clusters de 10 cordas, cada um contendo 20 elementos ópticos. Este é um total de 1400 fotodetectores flutuando no Oceano Pacífico a uma distância de vários quilômetros. Quando os neutrinos atingirem a água do oceano e fizerem um pequeno flash, os detectores poderão rastreá-lo.
Mas o Oceano Pacífico está longe de ser limpo, com sal, plâncton e todos os tipos de resíduos de peixes flutuando. Isso mudará o comportamento da luz entre os filamentos, dificultando a medição com precisão. Portanto, os cientistas observaram que o experimento exigirá calibração constante para ajustar todas as variáveis e rastrear neutrinos de maneira confiável. No entanto, a equipe P-ONE está trabalhando nisso e já planeja criar uma demonstração menor de dois fluxos como prova de conceito.
Leia também:
- Astrofísicos pela primeira vez rastrearam a fusão de estrelas de nêutrons e buracos negros
- Uma partícula híbrida recém-descoberta pode revolucionar a eletrônica