China lança o detector de neutrinos mais avançado, o JUNO – EUA e Japão ainda constroem instalações semelhantes

O Instituto de Física de Altas Energias (IHEP) da Academia Chinesa de Ciências anunciou que o detector de neutrinos de última geração JUNO iniciou seus trabalhos científicos. A instalação é o primeiro experimento do mundo a estudar em profundidade as partículas chamadas de “fantasmas” por sua natureza elusiva. Os neutrinos já foram considerados candidatos ao papel da matéria escura. Atualmente, não são mais considerados como tal, mas continuam sendo as partículas elementares menos estudadas.

Fonte da imagem: Xinhua

O detector JUNO (Observatório Subterrâneo de Neutrinos de Jiangmen) está localizado a 700 m de profundidade, em cavernas escavadas na rocha. A espessura da rocha isola a maioria das partículas de origem cósmica e terrestre, permitindo que os dispositivos registrem principalmente eventos associados ao registro de neutrinos – é impossível criar uma barreira confiável para essas partículas. Para que uma partícula de neutrino colida com um átomo com uma probabilidade de 50%, é necessária uma parede sólida de chumbo com um ano-luz de espessura. A vantagem é que os neutrinos são a segunda partícula mais comum no Universo, então a interação fraca é compensada por sua quantidade: alguém será pego.

O detector JUNO em si é uma esfera de acrílico com 35 m de diâmetro, imersa em um poço de 40 metros. Fotomultiplicadores são instalados ao longo do perímetro da esfera, e ela própria é preenchida com um líquido com efeito cintilante – quando um neutrino interage com ela, causa uma série de transformações, acompanhadas por um flash de luz, que é registrado de todos os lados. Isso nos permite reconstruir o trajeto da partícula e calcular sua energia e, portanto, sua massa. Até o momento, a massa do neutrino não foi medida com precisão suficiente, o que é complicado pelo fato de os neutrinos oscilarem – eles literalmente mudam suas propriedades “em tempo real”, passando de um estado para outro.

O enchimento do detector JUNO com água ultrapura começou em dezembro de 2024. O poço e a esfera contêm dezenas de milhares de toneladas de líquido. Após o enchimento, a água foi gradualmente deslocada por um cintilador (geralmente argônio líquido é usado nessas instalações). Agora, todo o trabalho preparatório está concluído e o laboratório iniciou a pesquisa científica. A vida útil da instalação é estimada em pelo menos 30 anos. A construção durou de 2015 a 2021. Mais de 700 pesquisadores de 74 instituições em 17 países e regiões do mundo participaram da preparação do projeto.

Espera-se que o detector JUNO registre cerca de 40 neutrinos diariamente de reatores nucleares próximos (em Taishan e Yangjiang, localizados a 53 km da instalação), vários neutrinos atmosféricos, um geoneutrino e milhares de neutrinos solares. Ao longo de seis anos de operação, os cientistas esperam registrar cerca de 100.000 eventos. Os detectores mais recentes permitirão refinar a distribuição de massa dos três tipos de neutrinos: neutrinos do múon, do elétron e do tau. O refinamento das massas pode abrir caminho para uma “nova física”, uma vez que os neutrinos não se encaixam perfeitamente no Modelo Padrão de partículas elementares. Até que ponto exatamente será demonstrado pelo trabalho do JUNO e outros experimentos. Em particular, até o final da década, instalações de nova geração surgirão nos Estados Unidos (DUNE) e no Japão (Hyper-Kamiokande).