Partículas de alta energia detectadas por experimento antártico

Impressão artística de alguns dos mais de 5 mil módulos digitais ópticos instalados no gelo da Antártida pelo experimento IceCube. Crédito: Jamie Yang. IceCube Collaboration

Impressão artística de alguns dos mais de 5 mil módulos digitais ópticos instalados no gelo da Antártida pelo experimento IceCube. Crédito: Jamie Yang. IceCube Collaboration

 

 

 




O experimento IceCube, situado abaixo do gelo do Polo Sul, detectou três dos neutrinos — partículas que raramente interagem com a matéria, podendo ser criadas nos eventos mais violentos do universo — mais energéticos já vistos pelos físicos. Convertidas pela famosa equação E = mc2, as energias dos neutrinos equivalem a, aproximadamente, um milhão de vezes a massa de um próton.

As energias encontradas alcançam a escala dos petaelétrons-volt, ou seja, dos quatrilhões (mil biliões) de elétrons-volt. O maior acelerador de partículas do mundo, o LHC, por exemplo, colide feixes de partículas a uma energia de “apenas” 7 teraelétrons-volt (7 trilhões/biliões de elétrons-volt) cada.

Pesquisadores que trabalham no IceCube já haviam reportado as descobertas dos neutrinos ultraenergéticos “Ernie” e “Bert” no ano passado, e anunciaram a mais nova partícula, apelidada internamente de “Big Bird” (nome original do personagem “Garibaldo”, da Vila Césamo), na última reunião da American Physical Society.

Origens

Neutrinos se destacam pelas propriedades de não interagirem facilmente com outras partículas e de não possuírem carga elétrica, de forma que a direção que percorrem não é perturbada pelos campos magnéticos presentes no universo — assim, suas trajetórias devem apontar diretamente para suas fontes. Os astrônomos acreditam que os fatos geradores dos neutrinos possam ser eventos extremos como a acreção de matéria em um buraco negro ou erupções de raios gama. No entanto, a dificuldade de interação mencionada acima também torna mais onerosa a tarefa de detectar as partículas.

A imagem acima, de 3 de janeiro de 2012, mostra o “Ernie”, o neutrino de mais alta energia (1,14 peta-elétron volts)  detectado até então pelo observatório IceCube. Crédito: IceCube Neutrino Observatory

A imagem acima, de 3 de janeiro de 2012, mostra o “Ernie”, o neutrino de mais alta energia (1,14 petaelétrons-volt) detectado até então pelo observatório IceCube. Crédito: IceCube Neutrino Observatory

 

 

 

No projeto IceCube, uma rede de sensores que ocupa 1 quilômetro cúbico de volume, 1,5 mil metros abaixo da superfície do gelo antártico, procura por sinais luminosos das extraordinárias colisões dos neutrinos com átomos. O isolamento dos sensores é necessário para preservá-los da influência de colisões de outras partículas sobre o experimento.

Breves lampejos são produzidos quando um neutrino é capturado. As interações são tão incomuns que foram necessários dois anos de análises para que os três neutrinos apresentados, sem contar outros 34 eventos de energias mais baixas, fossem encontrados. Os pesquisadores creem que algumas dessas partículas tenham sido criadas quando raios cósmicos com carga elétrica atingiram a atmosfera terrestre — sendo tal carga um fator que altera a trajetória dos raios cósmicos —, mas uma parte das detecções do IceCube provavelmente veio diretamente de violentos fenômenos do cosmos; a essas partículas dá-se o nome de neutrinos astrofísicos: “[p]arece que chegamos a evidências persuasivas dos neutrinos astrofísicos”, considera o físico da Universidade do Wisconsin-Madison Albrecht Karle, membro da equipe do IceCube.

Como não preservam informações relativas à sua origem, os raios cósmicos (na verdade, partículas de alta energia aceleradas a velocidades próximas à da luz) não nos remetem aos seus eventos geradores, que podem ser os mesmos dos neutrinos astrofísicos, os cientistas precisam confiar nos próprios neutrinos para identificarem os fenômenos que dão origem a ambos.

Se o(a) leitor(a) já se pergunta quais seriam esses fenômenos, saiba que a resposta permanece em debate. Ainda não se sabe ao certo se neutrinos e raios cósmicos vêm de fontes galácticas ou extragalácticas, i.e., se eles se originam dentro ou fora da Via Láctea. A maior parte das hipóteses aponta para causas extragalácticas, como núcleos galácticos ativos — buracos negros supermaciços se alimentando de matéria nos centros de outras galáxias. Outra possibilidade diz respeito às erupções de raios gama, que podem ocorrer durante supernovas ou as fusões entre estrelas de nêutrons, informa a Scientific American. Ademais, as partículas podem ser produto de colisões de galáxias, eventos capazes de formar inúmeras novas estrelas, ou da ação da matéria escura, substância misteriosa e invisível que supera largamente a matéria normal do universo.

A partir das direções em que os 37 neutrinos descobertos pelo IceCube viajavam, os pesquisadores concluíram que poucos vieram do plano galáctico, região mais densa da Via Láctea. “Alguns dos eventos mais interessantes estão longe do plano galáctico”, explica Nathan Whitehorn, pesquisador da U.W.-Madison e membro do projeto IceCube, para quem o local de onde partem as partículas deve estar fora da nossa galáxia.

Conclusões mais precisas serão obtidas com novas observações de neutrinos, porém, até hoje, nenhum neutrino foi correlacionado com fontes conhecidas, como núcleos galácticos ativos e eclosões de raios gama visíveis.

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é graduado em Ciências Econômicas pela Universidade Estadual Paulista (Unesp) e trabalha como consultor financeiro na Valore Brasil - Controladoria de Resultados. Atualmente, cursa o MBA em Controladoria e Finanças na Universidade de São Paulo (USP). Entusiasta da razão e da ciência, fundou o espaço de divulgação científica Make It Clear Brasil, em 2013.

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