Experimento Intern. Impulsiona Física de Neutrinos no Brasil
Olá leitor!
Segue abaixo uma nota postada dia (13/08) no site da
“Agência FAPESP” destacando que experimento internacional impulsiona Física
Experimental de Neutrinos no Brasil.
Duda Falcão
Especiais
Experimento Internacional Impulsiona Física
Experimental de Neutrinos no Brasil
Por Fábio de Castro
13/08/2012
Com participação de pesquisadores brasileiros, experimento Double Chooz, na França, mede oscilações de neutrinos com precisão sem precedentes e em fluxos produzidos por reator nuclear |
Agência
FAPESP – Em março,
o experimento internacional Double Chooz publicou na Physical Review Letters seus
primeiros resultados, que incluíram uma importante descoberta relacionada à
chamada oscilação de neutrinos. A descoberta foi considerada como um passo
importante em direção à compreensão de fenômenos que poderão ajudar a explicar
a origem da assimetria entre matéria e antimatéria no Universo.
De acordo
com os cientistas brasileiros que contribuíram com o artigo, a participação
brasileira no Double Chooz permitirá que o país desenvolva, no Brasil, a Física
Experimental de Neutrinos, considerada uma das mais importantes áreas de
pesquisa da atualidade.
Com o
sucesso obtido nas primeiras medições, o Double Chooz, que começou a obter
dados em 2011, continuará a aprimorar as pesquisas. Um novo artigo acaba de ser
submetido à Physical Review Letters, também com participação da equipe
brasileira, que envolve cientistas do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas
(CBPF), da Universidade Federal do ABC (UFABC) e da Universidade Estadual de
Campinas (Unicamp).
Um dos
coautores do artigo que descreve os primeiros resultados do Double Chooz,
Ernesto Kemp, professor do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia da
Unicamp, explica que o experimento procura medir oscilações de neutrinos com
precisão sem precedentes, ao observar antineutrinos produzidos em um reator
nuclear em Chooz, na região das Ardenas, na França.
“O
experimento obteve uma indicação de desaparecimento de antineutrinos do elétron
durante sua propagação entre o reator nuclear de Chooz e um detector situado a
1 quilômetro de distância. Esse resultado nos permitiu estabelecer uma primeira
medida do chamado ângulo de mistura theta13”, disse Kemp à Agência FAPESP.
A participação
brasileira teve apoio da FAPESP na modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular, com
o projeto o “Medidas de neutrinos em usinas nucleares”, coordenado por
Pietro Chimenti, da UFABC. João dos Anjos coordenou a equipe do CBPF.
Chimenti e
Anjos também são coautores do artigo, que teve participação de cientistas da
França, Alemanha, Estados Unidos, Reino Unido, Japão e Rússia. Kemp é um dos pesquisadores
principais do Projeto Temático “Estudo dos raios cósmicos de mais altas energias com o Observatório Pierre
Auger”, financiado pela FAPESP e coordenado por Carola
Chinellato, também professora do Instituto de Física da Unicamp.
A medida do
ângulo de mistura theta13, segundo Kemp, é crucial para futuros experimentos
destinados a medir a diferença entre oscilações de neutrinos e antineutrinos e
a verificação de fenômenos que poderiam vir a explicar a origem da assimetria
entre matéria e antimatéria no Universo.
“A grande
conquista já foi realizada, ao provar que o ângulo theta13 tem valor diferente
de zero. Havia muita especulação sobre a medida desse ângulo e, caso o valor
fosse zero – indicando a ausência da mistura de neutrinos –, isso teria
inúmeras implicações na física, especialmente em cosmologia e astrofísica de
partículas. As próximas etapas da missão consistem em refinar cada vez mais
esse valor, aumentando a precisão da medição do ângulo”, afirmou Kemp.
A
contribuição brasileira consistiu no desenvolvimento e construção de uma
eletrônica capaz de medir a energia dos múons cósmicos que cruzam o detector –
os múons são partículas da família dos léptons, como os elétrons e os taus.
“Isto
possibilitará identificar e rotular múons altamente energéticos e candidatos a
produzir nêutrons por espalação, uma das fontes mais importantes de ruído para
eventos de neutrinos”, afirmou Kemp.
A eliminação
desse ruído permitirá reduzir os erros sistemáticos na medida de theta13. A
eletrônica foi projetada no CBPF e os módulos para o detector mais distante
estão sendo construídos em cooperação com indústrias brasileiras e serão
adicionados ao detector central em 2012 por ocasião de uma parada para
manutenção, segundo Kemp.
Além do Modelo
Padrão
A Física de
Neutrinos teve grandes avanços na última década e a comprovação experimental de
que neutrinos podem oscilar entre seus diferentes estados físicos e a
implicação de que possuem massa constituem um dos resultados mais importantes
da física de partículas na atualidade, consolidando uma forte evidência da
existência de uma física além do chamado modelo padrão.
“O experimento
já havia sido realizado anteriormente na mesma usina nuclear de Chooz, no fim
da década de 1990, em busca desse fenômeno que chamamos de oscilação de
neutrinos. Mas se descobriu que o instrumento não tinha sensibilidade
suficiente para fazer uma medida do valor. Foi possível apenas estabelecer qual
o valor máximo do ângulo caso existisse oscilação. O que fizemos em 2011 serviu
para provar que esse valor é diferente de zero. Estamos nos aproximando de uma
medida mais precisa”, disse Kemp.
O ângulo de
mistura é fundamental para a compreensão do fenômeno de oscilação de neutrinos.
Segundo Kemp, as interações de partículas elementares que produzem os neutrinos
podem ocorrer em três “sabores” diferentes, que são determinados pelos léptons
relacionados a cada neutrino: elétrons, múons ou taus.
“Em uma
determinada interação, podem ser produzidos neutrinos com esses três sabores.
Mas quando o neutrino está se propagando, quem governa esse transporte de um
ponto a outro do espaço não é o sabor e sim a massa. Cada massa é feita de uma
cominação de proporções diferentes dos três sabores. Essa proporção, por sua
vez, é determinada pelo ângulo de mistura”, explicou.
Quando um
antineutrino é produzido no reator nuclear e se transporta por uma determinada
distância, os diferentes estados de massa são propagados em velocidades
diferentes.
Os
antineutrinos de mesma energia, mas com estados de massa menores, propagam-se
mais rápido e vice-versa. “Durante a propagação, um fenômeno de interferência
quântica entre as massas diferentes faz com que se aumente ou diminua a chance
de detectar um neutrino de determinado sabor depois que ele percorre uma
distância específica”, disse o pesquisador.
O
experimento tem dois detectores localizados em distâncias escolhidas
previamente e mede o fluxo de neutrinos onde a interferência apresenta um
mínimo e um máximo, possibilitando a medida da intensidade deste efeito – ou
seja, a proporção de mistura entre as diferentes massas.
“Por isso,
construímos detectores em distâncias diferentes. Um deles é construído bem
próximo ao reator. Ali, sabemos que podemos medir um fluxo de neutrinos
previamente conhecido por meio de cálculos teóricos. Como a distância é
pequena, a interferência não muda o sabor do neutrino. Construímos outro
detector a uma distância maior, onde sabemos que a interferência causará
mudança de sabor, isto é, oscilação”, disse Kemp.
Ao construir
dois instrumentos idênticos em distâncias diferentes, os cientistas superam o
problema do chamado “erro sistemático”. “Construímos dois instrumentos
idênticos, um para medir um fluxo esperado e outro para mostrar a supressão no
fluxo de antineutrinos, a fim de observar a oscilação. Jamais vamos construir
um instrumento perfeito, pois há limitações tecnológicas. Mas, com os dois
instrumentos similares, podemos cancelar os efeitos sistemáticos que
distorceriam os resultados”, disse.
Caminho
Aberto para Novas Descobertas
O próximo
passo das pesquisas no Double Chooz consistirá em aprimorar a precisão da
medida do ângulo de mistura para estabelecer um valor definido.
De acordo
com Kemp, a principal consequência da descoberta de que o ângulo é diferente de
zero está associada ao que os cientistas chamam de “fase de CP”. De acordo com
Kemp, “C” é uma transformação de carga das partículas e “P” é uma transformação
de paridade.
“Uma
transformação de CP inverte o comportamento espacial das partículas, como em um
espelho. ‘C’ troca a carga elétrica das partículas envolvidas na interação. A
fase de CP determina quanto existe de assimetria nas interações fundamentais
que levam à criação de matéria e antimatéria”, explicou Kemp.
A medida do
ângulo de mistura theta13 é crucial para futuros experimentos que verifiquem a
existência de violação de CP no setor leptônico. “A compreensão desse fenômeno
nos abrirá as portas para explicar por que, quando se tem interações
fundamentais gerando léptons, ocorre uma assimetria que leva o surgimento de
matéria a superar o de antimatéria”, disse.
As
observações científicas até hoje mostram que há muito mais matéria que antimatéria
no Universo, mas até agora os pesquisadores não conseguiram explicar esse fato.
As novas descobertas proporcionam condições para que se chegue a uma teoria
mais efetiva sobre esse problema.
“Se o valor
do ângulo theta13 fosse zero, jamais teríamos acesso a uma medida para medir a
fase de CP. Seria definitivamente impossível desvendar um dia o mistério da
desproporção entre matéria e antimatéria que observamos na natureza”, disse
Kemp.
“Com nossos
resultados, poderemos estabelecer critérios e experimentos para elaborar
medidas e ter acesso experimental ao número de violação da fase de CP. Não será
fácil, mas agora sabemos que não estamos em um beco sem saída científico”,
disse.
O artigo Indication of Reactor ν̅ e
Disappearance in the Double Chooz Experiment, de ErnestoKemp e
outros, pode ser lido por assinantes da Physical Review Letters em http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i13/e131801.
Fonte: Site da Agência FAPESP
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