Neutrinos fantasmas detectados em colisor de partículas
O tão aguardado momento finalmente chegou, com cientistas conseguindo detectar neutrinos gerados dentro de um colisor de partículas no início deste ano. Essas elusivas partículas subatômicas, frequentemente chamadas de “partículas fantasmas,” são tão evasivas que atravessam a matéria com facilidade, como aparições.
Essa conquista revolucionária marca a primeira observação direta de neutrinos originados em colisões de partículas, lançando luz sobre sua formação, características e papel na evolução do universo. As descobertas foram apresentadas em março de 2023 na 57ª conferência Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories, na Itália, utilizando o detector FASERnu localizado no Grande Colisor de Hádrons.
O físico de partículas Jonathan Feng, da Universidade da Califórnia, Irvine, explicou: “Descobrimos neutrinos de uma fonte completamente nova – colisores de partículas – onde dois feixes de partículas se chocam com uma energia extremamente alta.”
Agora, dois artigos revisados por pares (aqui e aqui) documentaram oficialmente a detecção, consolidando sua importância.
Os neutrinos estão entre as partículas subatômicas mais abundantes no universo, perdendo apenas para os fótons. No entanto, eles não possuem carga elétrica, têm massa mínima e interagem muito pouco com outras partículas, mesmo que bilhões de neutrinos passem constantemente por nossos corpos.
Os neutrinos são gerados em cenários de alta energia, como fusão nuclear dentro de estrelas ou durante explosões de supernovas. Embora sua massa seja extremamente pequena, os físicos suspeitam que ela possa ter uma influência sutil na dinâmica gravitacional do universo, embora não sejam considerados candidatos à matéria escura.
Apesar de sua interação mínima com a matéria, os neutrinos cósmicos ocasionalmente colidem com outras partículas, gerando fracos flashes de luz. Detectores especializados, como o IceCube na Antártica, o Super-Kamiokande no Japão e o MiniBooNE no Fermilab, em Illinois, foram projetados para capturar esses flashes.
No entanto, os físicos há muito tempo procuram neutrinos gerados em colisores de partículas devido ao território inexplorado das colisões de alta energia. O físico de partículas Jamie Boyd, do CERN, enfatizou sua importância, afirmando: “Eles podem nos contar sobre o espaço profundo de maneiras que não podemos aprender de outra forma. Esses neutrinos de alta energia no LHC são importantes para entender observações realmente empolgantes na astrofísica de partículas.”
O FASERnu é um detector de emulsão composto por placas de tungstênio com espessura de milímetros intercaladas com camadas de filme de emulsão. O tungstênio foi escolhido por sua alta densidade, aumentando a probabilidade de interação dos neutrinos. O detector é composto por 730 filmes de emulsão e cerca de 1 tonelada de tungstênio.
Durante experimentos de partículas no LHC, neutrinos podem colidir com núcleos nas placas de tungstênio, produzindo partículas que deixam rastros nas camadas de emulsão, de forma semelhante aos rastros de radiação ionizante em uma câmara de nuvens. Esses rastros precisam ser revelados, assim como filmes fotográficos, antes que os físicos possam analisá-los para identificar suas origens.
Inicialmente, foram identificados seis candidatos a neutrinos e relatados em 2021. Agora, os pesquisadores confirmaram sua descoberta usando dados da terceira rodada do LHC aprimorado, que começou no ano passado, com um nível impressionante de significância de 16 sigma. Esse nível de significância praticamente elimina a possibilidade de os sinais serem resultado do acaso. Na física de partículas, um nível de significância de 5 sigma é suficiente para ser considerado uma descoberta.
A equipe do FASER continua a analisar os dados coletados pelo detector, com a Rodada 3 do LHC prevista para continuar até 2026. A coleta e análise de dados estão em andamento, e o físico David Casper da UC Irvine previu em 2021 que esta rodada poderia gerar aproximadamente 10.000 interações de neutrinos, indicando que mal arranhamos a superfície do que o FASERnu tem a oferecer.
Casper observou: “Os neutrinos são as únicas partículas conhecidas que os experimentos muito maiores no Grande Colisor de Hádrons não conseguem detectar diretamente, então a observação bem-sucedida do FASER significa que o potencial físico do colisor está finalmente sendo explorado.” [Science Alert]
