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Pesquisador da Unicamp terá comando no maior estudo mundial sobre neutrinos

Com informações da Agência Fapesp - 05/09/2017

A arapuca de luz é um sensor que capturará sinais dos neutrinos.
[Imagem: Antonio Scarpinetti]

Casal 20

O físico Ettore Segreto, professor do Instituto de Física da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) foi nomeado líder do Dune Photon Detection System, um dos cinco consórcios internacionais que integram o megaexperimento Dune - Deep Underground Neutrino Experiment.

Com sede no Laboratório Nacional Fermi (Fermilab) dos EUA, o Dune é o mais ambicioso experimento já idealizado para o estudo dos neutrinos.

A colaboração internacional responsável pelos cinco consórcios encarregados de levá-lo adiante já reúne 970 pesquisadores, de 164 instituições, de 31 países.

Nascido na Itália, Ettore veio para o Brasil incentivado por sua esposa e colega de profissão Ana Amélia Bergamini Machado, atualmente professora da Universidade Federal do ABC (UFABC).

Arapuca de luz

Para o êxito do empreendimento, o sistema de fotodetecção (Dune Photon Detection System) é crucial, pois será por meio da cintilação produzida pela passagem dos neutrinos através de gigantescos tanques de argônio líquido que os pesquisadores esperam obter informações fundamentais sobre a formação do Universo e a estrutura do mundo material.

Em um fluxo criativo, enquanto viajavam de carro por uma estrada italiana, Ettore e Ana Amélia conceberam um dispositivo engenhoso e barato para a detecção de fótons. Batizado de Arapuca, o equipamento está em análise pelo consórcio internacional e tem grande chance de ser adotado como um dos principais componentes do sistema de fotodetecção do Dune.

O Arapuca é uma espécie de armadilha para capturar a luz. "Um dos desafios para o sistema de fotodetecção do Dune é que os tanques de argônio onde deverão ocorrer as cintilações são muito grandes e os sensores de luz disponíveis são muito pequenos. Em particular, os sensores de silício que serão utilizados têm uma superfície coletora da ordem de apenas um centímetro quadrado [1 cm2]. A função do Arapuca é aumentar a área de coleta e aprisionar os fótons coletados dentro de uma caixa, para disponibilizá-los aos sensores", afirmou Ettore.

O pesquisador explicou, passo a passo, como isso é feito: "A interação das partículas geradas pelos neutrinos com o argônio líquido dos grandes tanques produz luz com comprimento de onda de 128 nanômetros. Por meio de um filtro, modificamos o comprimento de onda para 350 nanômetros. Como a janela do Arapuca é transparente para esse comprimento de onda, os fótons conseguem entrar. Porém, uma vez lá dentro, usamos um segundo filtro para fazer o comprimento de [onda retornar aos] 128 nanômetros. E os fótons não conseguem sair, porque a janela é opaca para esse comprimento de onda. Aprisionados, eles ficam ricocheteando nas paredes altamente reflexivas da caixa, até serem captados pelos sensores colocados no interior".

Esses filtros, chamados genericamente de deslocadores de comprimento de onda (wavelength shifters), são constituídos por materiais orgânicos (hidrocarbonetos policíclicos aromáticos) que absorvem fótons em uma banda de frequências e os reemitem em outra. No Arapuca serão utilizados o para-terfenilo e o tetrafenil butadieno. O Arapuca já foi incorporado ao sistema de fotodetecção do ProtoDune, um protótipo em grande escala do Dune, que está sendo construído e deverá entrar em operação no CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) em outubro de 2018.

Ciência bilionária

O investimento na construção do Dune é da ordem de US$ 1 bilhão, o que faz com que a comunidade física dê a ele uma importância tão grande quanto a do LHC (Large Hadron Collider). Enfocando fenômenos diferentes (neutrinos, no caso do Dune, e hádrons, no caso do LHC), os dois experimentos, bem como os supertelescópios atualmente em construção, são os marcos inaugurais de uma nova era no esforço humano para entender o Universo.

A nomeação de Ettore abre uma grande porta para a participação de cientistas de instituições brasileiras no empreendimento. E ele faz questão de enfatizar o papel desempenhado por Ana Amélia Bergamini Machado nesse particular. "Ela foi atrás de contatos no Brasil e nos demais países da América Latina, atraiu pesquisadores, e se empenhou em criar uma comunidade muito integrada e dinâmica. Estamos começando a colher os frutos desse trabalho", reconheceu.