Os neutrinos são algumas das partículas mais misteriosas conhecidas pela ciência e são frequentemente chamadas de “partículas fantasmas” porque raramente interagem com a matéria. A cada segundo, trilhões passam por cada pessoa sem deixar rastros. Estas partículas são criadas durante reações nucleares, incluindo aquelas dentro do núcleo do Sol. Suas interações extremamente fracas os tornam excepcionalmente difíceis de estudar. Foi demonstrado que apenas alguns materiais respondem aos neutrinos solares. Agora, os cientistas acrescentaram outro a essa pequena lista, observando os neutrinos transformarem átomos de carbono em nitrogênio em um enorme detector subterrâneo.
Essa conquista foi resultado de um projeto liderado por pesquisadores de Oxford que utilizou o detector SNO+, localizado a dois quilômetros de profundidade no SNOLAB em Sudbury, Canadá. O SNOLAB opera em uma mina ativa e fornece a proteção necessária para bloquear os raios cósmicos e a radiação de fundo que, de outra forma, obscureceriam as medições sensíveis de neutrinos.
Captura de uma rara explosão de duas partículas de 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 transforma em nitrogênio-13, uma forma radioativa de nitrogênio que decai após cerca de dez minutos. Para detectar estes eventos, eles confiaram na técnica de “coincidência retardada”, que procura dois flashes de luz interligados: o primeiro de um neutrino atingindo o núcleo de carbono-13, e o segundo do decaimento do nitrogênio-13 alguns minutos depois. Este sinal emparelhado torna possível distinguir com segurança eventos verdadeiros de neutrinos do ruído de fundo.
Em 231 dias, de 4 de maio de 2022 a 29 de junho de 2023, o detector registrou 5,6 eventos desse tipo. Isto é consistente com a expectativa de 4,7 eventos de neutrinos solares durante este período.
Uma nova janela sobre como o universo funciona
Os neutrinos comportam-se de formas invulgares e são fundamentais para compreender como funcionam as estrelas, como acontece 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 doutorado no Departamento de Física da Universidade de Oxford, disse:”Capturar esta interação é uma conquista extraordinária. Apesar da raridade do isótopo de carbono, fomos capazes de observá-lo interagindo com neutrinos que nasceram no núcleo do Sol e viajaram distâncias enormes para chegar ao nosso detector.”
O co-autor Professor Stephen Biller (Departamento de Física da Universidade de Oxford) acrescentou: “Os próprios neutrinos solares têm sido um assunto de estudo intrigante durante muitos anos, e as suas medições na nossa experiência anterior, SNO, levaram ao Prémio Nobel da Física de 2015. É óptimo que a nossa compreensão dos neutrinos solares tenha avançado tanto que agora podemos usá-los pela primeira vez como um ‘feixe de teste’ para estudar outros tipos de reacções atómicas raras!”
Aproveitando o legado do SNO e desenvolvendo a pesquisa de neutrinos
SNO+ é um sucessor do experimento anterior SNO, que demonstrou que os neutrinos alternam entre três formas conhecidas como neutrinos de elétron, múon e tau enquanto viajam do Sol para a Terra. De acordo com a cientista do SNOLAB, Dra. Christine Krauss, as descobertas iniciais do SNO, lideradas por Arthur B. Macdonald, resolveram o problema de longa data dos neutrinos solares e contribuíram para o Prêmio Nobel de Física de 2015. Esses resultados abriram caminho para estudos mais aprofundados sobre como os neutrinos se comportam e sua importância no universo.
“Esta descoberta usa a abundância natural de carbono-13 no cintilador líquido do experimento para medir uma interação rara e específica”, disse Kraus. “Até onde sabemos, esses resultados representam a observação de energia mais baixa das interações de neutrinos nos núcleos de carbono-13 até o momento e fornecem a primeira medição direta da seção transversal para esta reação nuclear específica ao estado fundamental do núcleo de nitrogênio-13 resultante.”
