Os neutrinos são uma das partículas mais elusivas conhecidas pela ciência e são frequentemente chamados de “partículas fantasmas” porque raramente interagem com a matéria. Trilhões passam por cada indivíduo a cada segundo sem deixar vestígios. Essas partículas são produzidas durante reações nucleares, inclusive aquelas encontradas no interior do Sol. Suas interações extremamente fracas os tornam excepcionalmente difíceis de estudar. Foi demonstrado que apenas alguns materiais respondem aos neutrinos solares. Os cientistas acrescentaram agora outro a essa pequena lista, observando neutrinos convertendo átomos de carbono em nitrogênio dentro de um detector subterrâneo gigante.
A conquista vem de um projeto liderado por pesquisadores de Oxford que utiliza o detector SNO+, que fica a dois quilômetros de profundidade no SNOLAB em Sudbury, Canadá. O SNOLAB opera dentro de uma mina ativa e fornece a proteção necessária para bloquear os raios cósmicos e a radiação de fundo que, de outra forma, sobrecarregariam as delicadas medições de neutrinos.
Capturando um raro flash de duas partes do carbono-13
A equipe de pesquisa se concentrou em detectar os momentos em que um neutrino de alta energia atinge um núcleo de carbono-13 e o converte em nitrogênio-13, uma forma radioativa de nitrogênio que decai após cerca de dez minutos. Para identificar estes eventos, basearam-se numa técnica de “coincidência retardada” que procura duas explosões de luz relacionadas: a primeira de um neutrino que atinge o núcleo de carbono-13 e a segunda do decaimento do azoto-13 alguns minutos depois. Este sinal emparelhado torna possível distinguir com segurança eventos verdadeiros de neutrinos do ruído de fundo.
Num período de 231 dias, de 4 de maio de 2022 a 29 de junho de 2023, o detector registrou 5,6 eventos desse tipo. Isto corresponde às expectativas, que previam 4,7 eventos devidos a neutrinos solares durante este período.
Uma nova janela sobre como o universo funciona
Os neutrinos se comportam de maneiras incomuns e são fundamentais para entender como funcionam, como ocorre a fusão nuclear e como o universo evolui. Os pesquisadores dizem que esta nova medição abre oportunidades para estudos futuros de outras interações de neutrinos de baixa energia.
O autor principal, Gulliver Milton, estudante de doutoramento no Departamento de Física da Universidade de Oxford, disse:”Capturar esta interação é uma conquista notável. Apesar da raridade do isótopo de carbono, fomos capazes de observar a sua interação com os neutrinos, que nasceram no centro do Sol e viajaram grandes distâncias para chegar aos nossos detetores.”
O co-autor Professor Steven Biller (Departamento de Física da Universidade de Oxford) acrescentou: “Os neutrinos solares têm sido um tema de estudo fascinante durante muitos anos, e a nossa experiência antecessora, a medição deles pelo SNO, levou ao Prémio Nobel de Física de 2015. É notável que agora entendemos tanto que podemos fazer muito mais progresso do que usá-los no Sol. É a primeira vez que foram ‘examinados’ para estudar outro tipo de reacção nuclear rara. Como o feixe!
Aproveitando o legado do SNO e avançando na pesquisa de neutrinos
SNO+ é o sucessor do experimento anterior SNO, que demonstrou que os neutrinos mudam entre três formas conhecidas como neutrinos de elétron, múon e tau à medida que viajam do Sol para a Terra. Cientista da equipe do SNOLAB, Dr. De acordo com Christine Krause, Arthur B. As principais descobertas do SNO, lideradas por McDonald, resolveram o problema de longa data dos neutrinos solares e contribuíram para o Prêmio Nobel de Física de 2015. Estas descobertas abrem caminho para investigações mais profundas sobre como os neutrinos se comportam e o seu significado no Universo.
“Esta descoberta usa a abundância natural de carbono-13 no cintilador líquido de teste para medir uma interação rara e específica”, disse Krause. “Até onde sabemos, estes resultados representam as observações de energia mais baixa das interações de neutrinos nos núcleos de carbono-13 e, portanto, fornecem as primeiras medições diretas de seção transversal para esta reação nuclear específica no estado fundamental dos núcleos de nitrogênio-13.”
