Medição sem precedentes é feita em detector de neutrinos

Por , em 10.04.2018

Cientistas do Fermilab, laboratório do Departamento de Energia dos Estados Unidos, conseguiram identificar a energia exata de neutrinos de partículas chamadas múons, enquanto estes atingiam átomos dentro do detector MiniBooNE.

Essa medição sem precedentes elimina uma fonte importante de incerteza ao testar modelos teóricos de interações de neutrinos e oscilações de neutrinos.

A pesquisa foi publicada na revista científica Physical Review Letters.

Por que isso importa?

Pequenas partículas conhecidas como neutrinos são uma excelente ferramenta para estudar o funcionamento interno dos núcleos atômicos.

Ao contrário de elétrons ou prótons, os neutrinos não têm carga elétrica e interagem com o núcleo de um átomo apenas por meio da força nuclear fraca. Isso os torna únicos para sondar os blocos de construção da matéria.

Porém, neutrinos são difíceis de produzir e detectar, e mais difíceis ainda de determinar a energia que possuem quando atingem um átomo.

Agora, cientistas do experimento MiniBooNE fizeram exatamente isso.

“A questão da energia dos neutrinos é muito importante. É extraordinariamente raro conhecer a energia de um neutrino e quanta energia ele transfere para o átomo-alvo. Para estudos com neutrinos baseados em núcleos atômicos, é a primeira vez que isso foi alcançado”, afirmou Joshua Spitz, professor da Universidade de Michigan e parte da equipe que fez a descoberta, ao portal Phys.org.

O problema

Para aprender mais sobre os núcleos atômicos, os físicos disparam partículas nos átomos e medem como elas colidem e se dispersam.

Se a energia de uma partícula é suficientemente grande, o núcleo atingido por ela pode se romper e revelar informações sobre as forças que o unem.

Contudo, para obter medições precisas, os cientistas precisam saber a energia exata da partícula que está quebrando o átomo. Isso, no entanto, quase nunca é possível quando se faz experimentos com neutrinos.

O MiniBooNE usa um feixe que compreende neutrinos de múons com uma gama de energias diferentes. Como os neutrinos não têm carga elétrica, os cientistas geralmente não conseguem selecionar neutrinos com uma energia específica para seus experimentos.

Mas a equipe encontrou uma maneira inteligente de identificar a energia de um subconjunto de neutrinos que atingem seu detector.

Descobrindo a energia dos neutrinos

Os pesquisadores descobriram que alguns neutrinos que derivam do decaimento de partículas chamadas káons em repouso a cerca de 86 metros do detector têm a energia exata de 236 milhões de elétron-volts. Eles emergem do projeto NuMI, construído para outros experimentos no Fermilab.

Os káons decaem em neutrinos de múons com uma gama de energias diferentes, também. O truque é identificar os neutrinos que emergem do decaimento dos káons em repouso – a conservação da energia e do momentum exige que todos os neutrinos que emergem desse decaimento tenham exatamente a energia de 236 MeV.

Na física de neutrinos, conhecer sua energia exata é muito raro. Com a primeira observação de tais “neutrinos monoenergéticos”, eles podem ser usados para melhorar diversos modelos teóricos.

“O resultado é notável. Conseguimos extrai-lo devido ao bem-compreendido detector MiniBooNE e aos nossos estudos anteriores de interações de neutrinos ao longo de 15 anos de coleta de dados”, explicou Rex Tayloe, que também fez parte da colaboração MiniBooNE e é professor de física na Universidade de Indiana.

Próximos passos

Os pesquisadores já estão trabalhando para conseguir uma segunda medição de neutrinos monoenergéticos.

Um segundo detector de neutrinos, chamado MicroBooNE, também recebe neutrinos do projeto NuMI, a 102 metros de distância.

Como o MicroBooNE usa tecnologia de argônio líquido para registrar interações de neutrinos, os cientistas estão apostando que seus dados fornecerão ainda mais informações.

“MicroBooNE irá fornecer medições mais precisas deste neutrino de energia conhecida. Os resultados serão extremamente valiosos para futuros experimentos de oscilação de neutrinos”, concluiu Spitz. [Phys]

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