Há setenta anos, Os físicos Clyde Cowan e Frederick Raines pegaram um detector feito sob medida de 10 toneladas, cercaram-no com grossas paredes de chumbo e sacos de areia úmidos e colocaram-no perto de um poderoso reator nuclear na usina de Savannah River, na Carolina do Sul. Este experimento projetado para capturar fantasmas foi chamado de Projeto Poltergeist.
Há um quarto de século, os físicos ficaram intrigados sobre a razão pela qual a energia é perdida durante um processo radioativo chamado decaimento beta. Algo está faltando e não há física conhecida para explicar isso. Então, em 1930, o físico austríaco Wolfgang Pauli propôs uma solução radical: uma partícula quase indetectável que transportasse silenciosamente a energia que faltava. “Eu fiz uma coisa terrível”, disse Polly a uma amiga. “Eu apresentei uma partícula indetectável.” É chamado de neutrino. Quase sem massa e sem carga elétrica, essas partículas podem passar pela Terra e por tudo que nela há, incluindo nossos corpos, quase sem impedimentos.
O enorme dispositivo usado por Cowan e Raines no início de 1956 foi para encontrar o que Pauly pensava ser impossível. Em junho daquele ano, dois físicos do Laboratório Nacional de Los Alamos enviaram um telegrama a Pauli: “Temos o prazer de informar que realmente detectamos um neutrino”.
O foco então mudou para uma questão mais ampla. Se as reações nucleares produzem neutrinos, podemos usá-los para ver fogos de artifício nucleares dentro das estrelas, incluindo o Sol? Isto representou um grande desafio: como poderíamos capturar partículas lançadas de estrelas distantes se essas partículas pudessem passar por qualquer coisa sem serem detectadas? Encontrar uma partícula que raramente colide com a matéria sugere que ela precisa de uma grande quantidade de matéria para colidir. Além disso, o sujeito deve ser protegido do ruído de outras formas de radiação. Portanto, a resposta que os cientistas encontraram foi construir as maiores, mais profundas e mais exóticas armadilhas experimentais da história da ciência… e depois esperar.
Na década de 1960, Raymond Davis Jr. e colegas do Laboratório Nacional de Brookhaven colocaram um tanque a 1,5 km de profundidade na mina Homestake, em Dakota do Sul, e encheram-no com quase 400 mil litros de percloroetileno, um fluido de limpeza à base de cloro. No raro caso de um neutrino que passa atingir um núcleo de cloro, ele é convertido em uma forma radioativa de argônio que pode ser detectada e contada. A experiência, que durou 25 anos, detectou apenas um terço do número de neutrinos do Sol previstos em modelos teóricos. Isso ficou conhecido como o problema dos neutrinos solares.
Décadas se passaram antes que o problema fosse resolvido — por provações ainda maiores. Na mina Kamioka, no Japão, Masatoshi Koshiba desenvolveu um detector único chamado Kamiokande, que utilizou 3 milhões de litros de água ultrapura. Neste sistema, os neutrinos interagem periodicamente com os núcleos da água. Essa interação cria um elétron que se move muito rápido, criando um flash chamado luz Cerenkov. Esta luz é captada por detectores.
Kamiokande e Koshiba confirmaram a falta de Davis, e um segundo detector, ainda maior, o Super-Kamiokande, e o Observatório de Neutrinos de Sudbury, no Canadá, explicaram a discrepância. Os neutrinos vêm em três “sabores” diferentes (elétron, múon e tau) e podem oscilar ou alternar entre eles. Para isso, os neutrinos devem ter massa, que as leis da física não conseguiram (e ainda não conseguem) prever.
Os novos descobridores de neutrinos continuam uma tradição de grandes ambições e resultados surpreendentes. O Observatório de Neutrinos IceCube, abaixo da Estação Pólo Sul Amundsen-Scott, usa gelo antártico em vez de água. Ele mapeou a Via Láctea feita exclusivamente de neutrinos e rastreou essas partículas cósmicas de alta energia até galáxias ativas alimentadas por buracos negros supermassivos. No fundo do Mar Mediterrâneo, o Telescópio de Neutrinos de Quilômetro Cúbico (KM3NET) registrou neutrinos cósmicos de alta energia. Sua procedência ainda é desconhecida.
Os trabalhadores usam monitores ópticos digitais para o detector subaquático de neutrinos KM3NET, que ainda está em construção. Quase 200 mil sensores ópticos serão ancorados no fundo do Mar Mediterrâneo, a uma profundidade de cerca de 3.500 metros ao largo da costa da Sicília, bem como num segundo conjunto menor perto de Toulon, França. Os sensores detectam a luz Cerenkov produzida por partículas secundárias produzidas pelas interações dos neutrinos com a água ou rocha circundante.
Foto: Cortesia de KM3NET
História original reimpressa com permissão da Quanta Magazine. Fundação Simons Sua missão é promover a compreensão pública da ciência, cobrindo desenvolvimentos e tendências de pesquisa em matemática e ciências físicas e biológicas.
