Os neutrinos estão entre as partículas mais intrigantes do Modelo Padrão. A razão principal é simples: são extremamente difíceis de detectar. Mesmo com cerca de 400 biliões de neutrinos produzidos no Sol a atravessarem o corpo de uma pessoa a cada segundo, raramente interagem com a matéria comum - o que torna complicado aprender quase tudo sobre eles.
Para ajudar a esclarecer estes enigmas, um novo detector de neutrinos na China começou recentemente a recolher dados e pretende registar, em média, entre 40 e 60 neutrinos por dia ao longo dos próximos 10 anos.
O Observatório Subterrâneo de Neutrinos de Jiangmen (JUNO) entre centrais nucleares
O equipamento chama-se Observatório Subterrâneo de Neutrinos de Jiangmen, mais conhecido por JUNO, e foi instalado entre duas grandes centrais nucleares, em Yangjiang e Taishan. Além dos neutrinos que chegam do Sol, estas centrais de fissão geram também neutrinos artificiais, o que faz com que a zona esteja, na prática, “inundada” por partículas que quase não interagem.
Apesar disso - como acontece com a maioria dos detectores de neutrinos - o JUNO está colocado debaixo de terra. Neste caso, está a 700 metros de profundidade. A ideia é que a própria massa da crosta terrestre sirva de escudo, travando a chegada de outras partículas (como muões) que poderiam contaminar as medições; noutros projectos, como o Cubo de Gelo, essa estratégia tem funcionado bastante bem.
Blindagem adicional: o Rastreador Superior e a piscina de água ultrapura
Mesmo com a protecção natural do subsolo, o JUNO recorre a um sistema extra: um detector adicional conhecido como Rastreador Superior. Este componente cobre uma piscina de água ultrapura com 44 metros de diâmetro.
A sua função é identificar partículas errantes que, apesar de tudo, consigam atingir a instalação. Ele não as consegue parar fisicamente, mas permite reconhecer e remover o artefacto nos dados que essas partículas poderiam introduzir.
Como o detector “vê” os neutrinos: cintilador líquido e fotodetectores
Esse tipo de artefacto surge se uma partícula atingir o cintilador líquido existente no interior de uma esfera. À volta dessa esfera estão 43 212 fotodetectores altamente sensíveis, capazes de registar fotões individuais.
Ao combinar os sinais de todos estes fotodetectores, os investigadores conseguem inferir propriedades físicas dos neutrinos, incluindo se existem - e quais são - as diferenças entre os seus três “tipos”.
Tipos de neutrinos e oscilação entre sabores
Os três tipos são: neutrino electrónico, neutrino muónico e neutrino tau. Cada um apresenta características ligeiramente distintas, mas há um comportamento crucial: conseguem transformar-se uns nos outros, um fenómeno que, em linguagem de física de partículas, é descrito como oscilação.
Objectivos científicos do JUNO: hierarquia de massas e frequência de oscilação
Um dos grandes objectivos do JUNO é clarificar a questão da massa de cada tipo de neutrino. Como essa ambição pode ser demasiado exigente, a meta mais realista passa por determinar a hierarquia das massas - isto é, perceber qual é o mais pesado e qual é o mais leve.
Outra linha de descoberta possível é medir com mais precisão com que frequência um tipo muda para outro, ou seja, qual é a frequência das oscilações.
Por que razão compreender neutrinos afecta cosmologia, astrofísica e geologia
Compreender melhor o funcionamento dos neutrinos pode abrir portas em várias áreas. Na cosmologia, estas partículas são associadas a processos fundamentais do Universo primordial, incluindo aspectos ligados à expansão inicial após o Big Bang. Na astrofísica, podem fornecer pistas sobre o que ocorre em supernovas. E até na geologia são relevantes, porque rochas radioactivas nas profundezas da Terra também emitem neutrinos.
É por isso que os cientistas investem há tanto tempo - e com tanta energia - em medir as suas propriedades.
Mais um passo na investigação: colaboração internacional e uma década de dados
O JUNO representa uma nova etapa nesse percurso. A infraestrutura resulta de uma colaboração que envolve 74 institutos e cerca de 700 pessoas, sendo liderada pelo Instituto de Física de Altas Energias da Academia Chinesa de Ciências.
Prevê-se que opere durante pelo menos 10 anos, com o objectivo de recolher informação suficiente para iluminar melhor as características destas partículas tão esquivas. Se conseguir, o impacto far-se-á sentir em vários ramos da ciência.
Um desafio adicional: separar sinal de fundo e garantir medições consistentes
Para além de “ver” eventos raros, um observatório deste tipo precisa de lidar com a separação entre o sinal de neutrinos e o chamado ruído de fundo (eventos causados por outras partículas). É por isso que a profundidade, a água ultrapura e sistemas como o Rastreador Superior são tão importantes: ajudam a filtrar o que não interessa, mantendo a qualidade estatística das medições ao longo do tempo.
Porque é importante ter muitos eventos ao longo de anos
O facto de o JUNO ambicionar dezenas de neutrinos por dia durante uma década não é apenas uma questão de volume: séries longas permitem comparar padrões, reduzir incertezas e testar se os resultados permanecem estáveis. Numa área em que as interacções são raríssimas, acumular dados de forma consistente é uma das chaves para transformar sinais ténues em conclusões robustas.
Este artigo foi originalmente publicado pela Universo Hoje. Leia o artigo original.
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