Partículas fantasmas deslizam pela Terra e provocam uma reação atômica oculta

Esta conquista veio de um projeto liderado por pesquisadores de Oxford que utilizou o detector SNO+, que fica a dois quilômetros de profundidade no SNOLAB em Sudbury, Canadá. O SNOLAB opera dentro de uma mina ativa e fornece a proteção necessária para bloquear os raios cósmicos e a radiação de fundo que, de outra forma, sobrecarregariam as delicadas medições de neutrinos.

Capturando um flash raro de duas partes do carbono-13

A equipe de pesquisa se concentrou na detecção de momentos 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 cerca de dez minutos depois. Para detectar estes eventos, eles confiaram numa técnica de “coincidência retardada” que procura duas explosões de luz relacionadas: a primeira do neutrino que atinge o núcleo do carbono-13 e a segunda do decaimento do azoto-13 vários minutos depois. Este sinal emparelhado torna possível distinguir com segurança eventos verdadeiros de neutrinos do ruído de fundo.

Durante um período de 231 dias, de 4 de maio de 2022 a 29 de junho de 2023, o detector registrou 5,6 desses eventos. Isto corresponde às expectativas, que previam que 4,7 eventos ocorreriam devido a 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 funcionam, 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 extraordinária. Apesar da raridade do isótopo de carbono, fomos capazes de observar a sua interação com os neutrinos, que nasceram no núcleo do Sol e viajaram grandes distâncias para chegar ao nosso detetor.”

O co-autor Professor Steven 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 medições destes pelo nosso experimento antecessor, SNO, levaram ao Prêmio Nobel de Física de 2015. É notável que a nossa compreensão dos neutrinos do Sol tenha avançado tanto que agora podemos usá-los pela primeira vez como um ‘feixe de teste’ para estudar outros tipos de reações atômicas raras!”

Aproveitando o legado do SNO e avançando na 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 da equipe do SNOLAB, Dra. Christine Kraus, as descobertas originais do SNO, lideradas por Arthur B. McDonald, resolveram o problema de longa data dos neutrinos solares e contribuíram para o Prêmio Nobel de Física de 2015. Esses resultados abriram caminho para investigações mais profundas sobre como os neutrinos se comportam e sua importância no universo.

“Esta descoberta usa a abundância natural de carbono-13 dentro do cintilador líquido do experimento para medir uma interação rara e específica”, disse Kraus. “Até onde sabemos, estes 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.”