Os neutrinos estão entre as partículas mais intrigantes conhecidas pela ciência, muitas vezes chamadas de “partículas fantasmas” porque raramente interagem com a matéria. Trilhões de coisas passam por todos a cada segundo sem deixar rastros. Essas partículas são produzidas durante reações nucleares, incluindo aquelas dentro do núcleo do Sol. Suas interações extremamente fracas tornam seu estudo extremamente difícil. Foi demonstrado que apenas alguns materiais respondem aos neutrinos solares. Os cientistas estão agora adicionando outro a essa pequena lista, observando os neutrinos converterem átomos de carbono em nitrogênio em um detector subterrâneo gigante.
A conquista vem de um projeto liderado por pesquisadores da Universidade de Oxford usando um detector SNO+ localizado a dois quilômetros de profundidade no SNOLAB em Sudbury, Canadá. O SNOLAB opera dentro de uma mina ativa, fornecendo a proteção necessária para bloquear os raios cósmicos e a radiação de fundo que, de outra forma, sobrecarregariam as medições precisas de neutrinos.
Flash raro de duas partes capturado em Carbono-13
A equipe se concentrou em detectar o momento em que um neutrino de alta energia atinge um núcleo de carbono-13 e o converte em nitrogênio-13, uma forma radioativa de nitrogênio que decai após cerca de 10 minutos. Para descobrir estes eventos, confiaram numa técnica de “coincidência retardada” para procurar duas explosões de luz relacionadas: a primeira quando um neutrino atingiu o núcleo do carbono-13, e a segunda quando o azoto-13 decaiu minutos depois. Este sinal emparelhado permite uma distinção confiável entre eventos reais de neutrinos e ruído de fundo.
Nos 231 dias de 4 de maio de 2022 a 29 de junho de 2023, o detector registrou 5,6 desses eventos. Isto está de acordo com as expectativas, que prevêem que ocorrerão 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 as estrelas se comportam, como se desenrola 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 doutoramento no Departamento de Física da Universidade de Oxford, disse:”Capturar esta interação é uma conquista notável. Embora o isótopo de carbono seja raro, fomos capazes de observar a sua interação com os neutrinos, que nascem no núcleo do Sol e viajam grandes distâncias até aos nossos detetores.”
O co-autor Professor Steven Biller (Departamento de Física da Universidade de Oxford) acrescentou: “Os próprios neutrinos solares têm sido um assunto interessante de pesquisa por muitos anos, e as medições desses neutrinos por nosso experimento anterior SNO nos levaram a receber o Prêmio Nobel de Física de 2015. Notavelmente, nossa compreensão dos neutrinos do Sol progrediu tanto que, pela primeira vez, podemos agora usá-los como um ‘feixe de teste’ para estudar outros tipos de reações atômicas raras!”
Continuando o legado do SNO e avançando na pesquisa de neutrinos
SNO+ é o sucessor do experimento SNO anterior, que demonstrou que os neutrinos alternam entre neutrinos de elétron, múon e tau à medida que viajam do Sol para a Terra. A cientista do SNOLAB, Dra. Christine Kraus, disse que a descoberta inicial do SNO, liderada por Arthur B. McDonald, resolveu o problema de longa data dos neutrinos solares e contribuiu para o Prêmio Nobel de Física de 2015. Estes resultados abrem caminho para um estudo mais profundo do comportamento dos neutrinos e do seu significado no Universo.
“Esta descoberta explora a abundância natural de carbono-13 em cintiladores líquidos experimentais para medir interações raras e específicas”, disse Kraus. “Até onde sabemos, estes resultados representam as observações de energia mais baixa das interações de neutrinos num núcleo de carbono-13 até à data e fornecem as primeiras medições transversais diretas desta reação nuclear específica no estado fundamental do núcleo de azoto-13 resultante.”
