Enterrado sob quilômetros de rocha em Ontário, Canadá, um tanque da água mais pura brilhou quando partículas quase imperceptíveis se chocaram contra suas moléculas.
É a primeira vez que a água é usada para detectar uma partícula conhecida como antineutrino, que se originou de um reator nuclear a mais de 240 quilômetros de distância. Este incrível avanço promete experimentos com neutrinos e tecnologia de monitoramento que usam materiais baratos, facilmente adquiríveis e seguros.
Como algumas das partículas mais abundantes no Universo, os neutrinos são pequenas coisas estranhas com muito potencial para revelar percepções mais profundas do Universo. Infelizmente, eles quase não têm massa, não carregam carga e quase não interagem com outras partículas. Eles fluem principalmente através do espaço e da rocha, como se toda a matéria fosse incorpórea. Há uma razão para serem conhecidas como partículas fantasmas.
Os antineutrinos são a contraparte antipartícula dos neutrinos. Normalmente, uma antipartícula tem a carga oposta à sua partícula equivalente; a antipartícula do elétron carregado negativamente, por exemplo, é o pósitron carregado positivamente. Como os neutrinos não carregam carga, os cientistas só podem diferenciá-los com base no fato de que um neutrino de elétron surgirá ao lado de um pósitron, enquanto um antineutrino de elétron aparecerá com um elétron.
Antineutrinos de elétrons são emitidos durante o decaimento beta nuclear, um tipo de decaimento radioativo no qual um nêutron decai em um próton, um elétron e um antineutrino. Um desses antineutrinos de elétrons pode então interagir com um próton para produzir um pósitron e um nêutron, uma reação conhecida como decaimento beta inverso.
Grandes tanques cheios de líquido revestidos com tubos fotomultiplicadores são usados para detectar esse tipo particular de decaimento. Eles são projetados para capturar o brilho fraco da radiação Cherenkov criada por partículas carregadas que se movem mais rápido do que a luz pode viajar através do líquido, semelhante ao estrondo sônico gerado pela quebra da barreira do som. Portanto, eles são muito sensíveis à luz muito fraca.
Os antineutrinos são produzidos em quantidades prodigiosas por reatores nucleares, mas têm energia relativamente baixa, o que os torna difíceis de detectar.
Digite SNO+. Enterrado sob mais de 2 quilômetros (1,24 milhas) de rocha, é o laboratório subterrâneo mais profundo do mundo. Essa blindagem de rocha fornece uma barreira eficaz contra a interferência de raios cósmicos, permitindo que os cientistas obtenham sinais excepcionalmente bem resolvidos.
Hoje, o tanque esférico de 780 toneladas do laboratório está cheio de alquilbenzeno linear, um líquido cintilador que amplifica a luz. Em 2018, enquanto a instalação estava sendo calibrada, ela foi abastecida com água ultrapura.
Analisando os 190 dias de dados coletados durante a fase de calibração em 2018, a colaboração SNO+ encontrou evidências de decaimento beta inverso. O nêutron produzido durante esse processo é capturado por um núcleo de hidrogênio na água, que por sua vez produz uma suave explosão de luz em um nível de energia muito específico, 2,2 megaeletronvolts.
Os detectores Water Cherenkov geralmente lutam para detectar sinais abaixo de 3 megaeletronvolts; mas um SNO+ cheio de água foi capaz de detectar até 1,4 megaeletronvolts. Isso produz uma eficiência de cerca de 50% para detectar sinais em 2,2 megaeletronvolts, então a equipe achou que valia a pena procurar sinais de decaimento beta inverso.
Uma análise de um sinal candidato determinou que provavelmente foi produzido por um antineutrino, com um nível de confiança de 3 sigma – uma probabilidade de 99,7%.
O resultado sugere que detectores de água podem ser usados para monitorar a produção de energia de reatores nucleares.
Enquanto isso, o SNO+ está sendo usado para ajudar a entender melhor os neutrinos e antineutrinos. Como os neutrinos são impossíveis de medir diretamente, não sabemos muito sobre eles. Uma das maiores questões é se neutrinos e antineutrinos são exatamente a mesma partícula. Uma decadência rara e nunca antes vista responderia a essa pergunta. SNO+ está atualmente procurando por esse decaimento.
“Fica intrigado que a água pura possa ser usada para medir antineutrinos de reatores e em distâncias tão grandes”, diz o físico Logan Lebanowski da colaboração SNO+ e da Universidade da Califórnia, Berkeley.
“Fizemos um esforço significativo para extrair um punhado de sinais de 190 dias de dados. O resultado é gratificante.”
Publicado em 15/04/2023 12h34
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