O observatório de neutrinos Super-Kamiokande pode detectar diferentes tipos de fenômenos relacionados aos neutrinos, incluindo explosões de supernovas em nossa própria galáxia. Normalmente está cheio de água pura, mas recentemente recebeu uma dose do elemento de terras raras gadolínio. Isso dará ao observatório a capacidade de ver explosões de supernovas também em galáxias mais distantes.
Enterrado a 1 quilômetro abaixo da terra perto da cidade de Hida, no centro do Japão, está um enorme cilindro de 40 metros de altura e cheio de 50 milhões de litros de água. Este é o observatório de neutrinos Super-Kamiokande, e desde 1996 observa neutrinos, partículas subatômicas, de origem solar, extra-solar, terrestre e artificial. Ele detecta essas partículas com sensores ópticos de alta sensibilidade que registram flashes minutos de luz que ocorrem quando um neutrino interage com uma molécula de água.
Os sensores precisam ser muito sensíveis, pois os eventos de neutrino são difíceis de registrar. Os neutrinos têm tão pouca massa que passam principalmente pela matéria comum como se ela não existisse, interagindo apenas raramente. Ao construir o observatório no subsolo, ele ajuda a bloquear outros tipos de partículas e radiação, mas permite que os neutrinos entrem na câmara, como um filtro. As características específicas dos flashes de luz informam aos pesquisadores sobre o tipo de neutrino que eles acabaram de detectar, pois existem vários tipos diferentes relacionados aos vários fenômenos que os criam.
Os pesquisadores estão ansiosos para observar os neutrinos anti-elétrons em particular, pois eles podem nos dizer um número surpreendente de coisas sobre o nosso universo. Embora uma supernova em nossa própria galáxia tenha sido detectada antes, elas ocorrem apenas raramente, com várias décadas de diferença. Portanto, os pesquisadores olham mais longe para supernovas que aconteceram bilhões de anos atrás em galáxias distantes, mas há um problema.
Os sinais de neutrinos dessas supernovas distantes são muito fracos e difíceis de distinguir do ruído de fundo. Os flashes reveladores que significam um evento de supernova precisam de um impulso para ajudar os pesquisadores a extrair o sinal. A solução é adicionar uma impureza à água que cria flashes brilhantes em resposta aos nêutrons causados por interações de neutrinos do antielétron, mas não afeta as observações em Super-Kamiokande.
Os pesquisadores misturaram várias toneladas de gadolínio, elemento de terras raras, na água pura. O gadolínio interage com nêutrons produzidos por certas interações de neutrinos e emite um flash de raios gama facilmente detectável. Esses flashes informam indiretamente os pesquisadores sobre os neutrinos que os causaram. Inicialmente, 13 toneladas de um composto de gadolínio foram adicionadas, dando uma concentração de gadolínio de cerca de 0,01%. Os pesquisadores irão aumentar isso para melhorar ainda mais a sensibilidade aos eventos de neutrino.
“Com uma concentração de gadolínio de 0,01%, o Super-Kamiokande deve detectar nêutrons de colisões de neutrinos com 50% de eficiência”, disse o professor Masayuki Nakahata, que supervisiona o projeto. “Planejamos aumentar a concentração em alguns anos para aumentar a eficiência. Espero que possamos observar neutrinos de supernovas antigas dentro de alguns anos.”
Publicado em 26/08/2020 18h44
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