A fama do Grande Colisor de Hádrons é sua capacidade de revelar partículas subatômicas indescritíveis. Mas há uma classe de partícula que ele nunca detectou diretamente, embora as produza em abundância. Os neutrinos, partículas elementares minúsculas, interagem tão pouco com a matéria que navegam através dos detectores massivos do acelerador de partículas despercebidos.
Agora, em um experimento de prova de conceito, a primeira evidência de interações de neutrinos no LHC foi localizada, pesquisadores com o relatório de colaboração FASER em 13 de maio em arXiv.org. A técnica pode abrir uma janela para neutrinos em energias para as quais as interações das partículas são mal compreendidas.
É o primeiro vislumbre de neutrinos produzidos em um colisor de partículas, um tipo de acelerador de partículas que junta feixes de partículas. Os físicos detectaram neutrinos de aceleradores de partículas ao quebrar um feixe de partículas em um alvo estacionário, mas não em colisões. Procurar neutrinos em colisões de partículas permite aos cientistas sondar energias mais altas, mas também torna os neutrinos mais difíceis de estudar.
Para capturar os neutrinos em interação, os pesquisadores usaram um detector contendo filmes semelhantes aos usados em filmes fotográficos. Quando uma partícula carregada passa por um filme, ela deixa para trás uma marca de rastreamento onde esteve. Neutrinos, que não têm carga elétrica, não deixam rastros no detector. Mas quando um neutrino interage com a matéria dentro do detector, ele produz um jato de partículas carregadas que aponta para um neutrino como sua fonte.
Os pesquisadores colocaram seu detector em uma região pela qual os neutrinos passam enquanto disparam para frente a partir de colisões de partículas no detector ATLAS do LHC. Depois de estimar quantas das detecções podem ser devido a outras partículas que podem imitar neutrinos, os pesquisadores relatam que pegaram cerca de seis interações de neutrinos.
O LHC, localizado próximo a Genebra, está fechado para atualizações desde 2018. O experimento, realizado pouco antes do desligamento, serviu como teste para um experimento futuro, denominado FASER?, que será iniciado quando o LHC for reiniciado em 2022. FASER? espera-se que detecte cerca de 10.000 neutrinos durante o próximo período de operações do LHC, de 2022 a 2024.
Com o FASER?, os pesquisadores medirão as seções transversais dos neutrinos, uma medida da probabilidade de as partículas interagirem com o material. Isso é importante para ser capaz de realizar outras medições em neutrinos. Por exemplo, os cientistas podem aprender sobre a produção de neutrinos energéticos em estrelas em explosão e outras fontes cósmicas, detectando-as na Terra. Mas para determinar a prevalência de tais neutrinos, os cientistas precisam saber a probabilidade de esses neutrinos interagirem com os detectores.
As seções transversais dependem das energias das partículas e, no LHC, “podemos estudar a faixa de energia que não estudamos”, diz o físico de partículas Tomoko Ariga, da Universidade Kyushu em Fukuoka, Japão, membro da colaboração FASER.
Não é uma surpresa encontrar neutrinos no LHC. “Este não é o resultado de estilhaçar a Terra”, diz a física de partículas Deborah Harris, da York University em Toronto e Fermilab em Batavia, Illinois, que não esteve envolvida na pesquisa. Em vez disso, mostra que a detecção de neutrinos no LHC é possível. “Essa ideia não é totalmente maluca”, diz ela.
Publicado em 30/05/2021 12h16
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