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Concluídos túneis do megaexperimento Dune, que estudará os neutrinos

Com informações da Agência Fapesp - 02/02/2024

As cavernas estão localizadas a 1,6 quilômetro abaixo da superfície, em Dakota do Sul, Estados Unidos.
[Imagem: Matthew Kapust/Sanford]

Mistérios do Universo

Foi concluída a escavação das três cavernas em que serão instalados os gigantescos detectores de partículas do projeto Dune (Deep Underground Neutrino Experiment), um dos mais ambiciosos experimentos científicos já idealizados.

Localizadas a 1,6 quilômetro abaixo da superfície, em Dakota do Sul, Estados Unidos, as cavernas abrigarão um novo centro de pesquisa que abrange uma área subterrânea do tamanho de oito campos de futebol.

A equipe internacional de cientistas que compõe o projeto Dune pretende estudar o comportamento de partículas misteriosas conhecidas como neutrinos, para resolver algumas das maiores questões sobre o Universo. Por que ele é composto de matéria mas quase não tem antimatéria? Como a explosão de uma estrela cria um buraco negro? Os neutrinos estão ligados à matéria escura ou a outras partículas desconhecidas?

As cavernas oferecem espaço para quatro grandes detectores de neutrinos, cada um deles do tamanho aproximado de um prédio de sete andares. Os detectores serão preenchidos com argônio líquido e registrarão a rara interação dos neutrinos com o líquido transparente.

Ainda este ano, a equipe planeja iniciar a instalação da estrutura de aço isolada que abrigará o primeiro detector de neutrinos. O objetivo é ter o primeiro detector operacional até 2028.

A colaboração Dune, que inclui mais de 1.400 cientistas e engenheiros de mais de 200 instituições em 36 países, testou com sucesso a tecnologia e o processo de montagem do primeiro detector. A produção em massa de seus componentes já começou. Os testes das tecnologias subjacentes a ambos os detectores estão em curso utilizando feixes de partículas no laboratório da Organização Europeia para a Investigação Nuclear (Cern).

Esquema do experimento Dune recebendo o feixe de neutrinos do Fermilab.
[Imagem: Dune]

Neutrinos

O neutrino é uma partícula subatômica sem carga elétrica e de massa muito pequena - trilhões de neutrinos viajam pelo nosso corpo a cada segundo, sem que percebamos.

Sua existência foi proposta em 1930, para explicar o aparente "desaparecimento" de parte da energia envolvida no processo radioativo conhecido como decaimento beta. Em vez de aceitar uma violação do princípio de que a energia não pode ser destruída, Wolfgang Pauli sugeriu que a energia perdida estaria sendo transportada por uma partícula neutra até então não observada.

Contudo, ao tapar um buraco, os físicos abriram outro. O problema é que mais tarde se descobriu que os neutrinos podem se transformar de um tipo em outro, algo que só pode ocorrer se eles tiverem massa. E essa oscilação - a transformação de um tipo de neutrino em outro - não cabe dentro do Modelo Padrão da Física de Partículas, a grande teoria que explica a composição da matéria, o eletromagnetismo e as forças nucleares - pelo Modelo Padrão, a massa do neutrino deveria ser zero.

Com o Dune, os cientistas procurarão neutrinos em explosões de estrelas e examinarão o comportamento de um feixe de neutrinos produzido no Fermilab, localizado perto de Chicago, cerca de 1.300 quilômetros a leste das cavernas subterrâneas. O feixe, produzido pela fonte de neutrinos mais intensa do mundo, viajará através da terra e das rochas, desde o Fermilab até os detectores do Dune, em Dakota do Sul.