Detectado o neutrino mais energético já visto

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/02/2025

O "petaneutrino", um neutrino na faixa dos peta-elétron-volts, pode ter-se originado diretamente de um poderoso acelerador cósmico ou pode ser a primeira detecção de um neutrino cosmogênico.
[Imagem: 10.1038/s41586-024-08543-1]

Peta-neutrino

Um observatório de neutrinos em construção nas profundezas do Mar Mediterrâneo pode ter feito história antes mesmo de ser inaugurado.

Os primeiros detectores captaram um evento extraordinário, que é consistente com um neutrino com uma energia estimada em cerca de 220 peta-elétron-volts (PeV), ou 220 x 10¹⁵ elétron-volts.

Nunca ninguém havia imaginado que pudessem existir neutrinos de energia tão elevada e, por isso, ainda não temos ideia de onde neutrinos de energias tão altas são produzidos no Universo.

"O evento detectado foi identificado como um único múon que cruzou todo o detector, induzindo sinais em mais de um terço dos sensores ativos. A inclinação de sua trajetória, combinada com sua enorme energia, fornece evidências convincentes de que o múon se originou de um neutrino cósmico interagindo nas proximidades do detector," disse Paschal Coyle, da colaboração que está construindo o observatório de neutrinos KM3NeT.

A hipótese é que o "super-hiper-neutrino" seja parte do chamado "universo de alta energia", o reino dos eventos cataclísmicos, como buracos negros supermassivos em acreção no centro das galáxias, explosões de supernovas e explosões de raios gama - todos ainda não totalmente compreendidos.

Esses poderosos aceleradores cósmicos naturais geram fluxos de partículas chamados raios cósmicos. Alguns raios cósmicos podem interagir com a matéria ou fótons ao redor da sua fonte, produzindo neutrinos e fótons. Durante a viagem dos raios cósmicos mais energéticos pelo Universo, alguns também podem interagir com fótons da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, para produzir neutrinos "cosmogênicos" extremamente energéticos. Mas tudo isso era teoria até agora.

"O KM3NeT começou a sondar uma gama de energia e sensibilidade onde os neutrinos detectados podem se originar de fenômenos astrofísicos extremos. Esta primeira detecção de um neutrino de centenas de PeV abre um novo capítulo na astronomia de neutrinos e uma nova janela observacional no Universo," comentou Coyle.

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Esquema estrutural do observatório de neutrinos KM3NeT.
[Imagem: KM3NeT]

KM3NeT

Embora os neutrinos sejam a segunda partícula mais abundante no Universo, depois dos fótons, sua fraca interação com a matéria os torna muito difíceis de detectar, o que exige detectores enormes e um bocado de paciência.

O telescópio de neutrinos KM3NeT, atualmente em construção, é uma infraestrutura gigantesca de águas profundas distribuída em dois detectores, ARCA e ORCA. Em sua configuração final, o KM3NeT ocupará um volume de mais de um quilômetro cúbico, de onde deriva seu nome (Telescópio de Neutrinos de Quilômetro Cúbico).

O KM3NeT usa água do mar como meio de interação para os neutrinos. Seus módulos ópticos de alta tecnologia detectam a luz Cherenkov, um brilho azulado que é gerado conforme as partículas ultrarrelativísticas produzidas em interações de neutrinos propagam-se pela água.

Diagrama e foto de um dos detectores do KM3NeT.
[Imagem: KM3NeT]

O detector KM3NeT/ARCA (Pesquisa de Astropartículas com Cósmicos no Abissal) é dedicado principalmente ao estudo dos neutrinos de mais alta energia e suas fontes no Universo. Ele está localizado a 3450 metros (m) de profundidade, a cerca de 80 km da costa de Portopalo di Capo Passero, na Itália. Suas unidades de detecção (UDs) de 700 m de altura são ancoradas no fundo do mar e posicionadas a cerca de 100 m de distância umas das outras. Cada UD é equipada com 18 módulos ópticos digitais, cada um contendo 31 fotomultiplicadores. Em sua configuração final, o ARCA compreenderá 230 UDs.

O detector KM3NeT/ORCA (Pesquisa de Oscilações com Cósmicos no Abissal) é otimizado para estudar as propriedades fundamentais do próprio neutrino. Ele está localizado a uma profundidade de 2450 m, a cerca de 40 km da costa de Toulon, na França. Ele compreenderá 115 UDs, cada uma com 200 m de altura e espaçadas por 20 m.

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