counter hit xanga

Seja no subsolo ou no topo de um vulcão, os detectores de partículas ajudam os cientistas a desvendar os mistérios do cosmos.

ProtoDUNE, fronteira franco-suíça

Detectando: Neutrinos

Banhado por luz amarela para evitar a superestimulação de seus sensores, este detector de neutrinos tem o tamanho de uma casa de três andares. Os neutrinos são abundantes – trilhões passam por você a cada segundo – mas eles dificilmente interagem com a matéria, o que os torna difíceis de detectar. Quando em operação, o ProtoDUNE é preenchido com 800 toneladas de argônio líquido. Às vezes, um neutrino atinge diretamente um núcleo de argônio, produzindo uma trilha de partículas carregadas detectadas por grades de fios ao redor do detector.

Este protótipo está sendo testado na sede do CERN, mas o DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) ficará localizado a 1,5 km no subsolo na mina de ouro Homestake desativada em Lead, Dakota do Sul. Com quatro detectores, o DUNE vai pegar neutrinos gerados por um acelerador de partículas a 1.300 km de distância no Fermilab, perto de Chicago. Previsto para entrar em operação em 2026, o DUNE detectará diferenças no comportamento entre os neutrinos e sua contraparte de antimatéria, os antineutrinos, o que pode ajudar a explicar por que o Universo tem mais matéria do que antimatéria.

Observatório HAWC (High-Altitude Water Cherenkov) – México

Detectando: raios gama

À sombra do vulcão Pico de Orizaba, no México, esses 300 tanques de aço formam o HAWC, que está à procura de raios gama – radiação de alta energia criada por eventos cataclísmicos no espaço. Quando os raios gama atingem nossa atmosfera, eles produzem uma chuva de partículas que se movem rapidamente, que podem interagir com as moléculas de água para criar a “radiação Cherenkov”, visível como um brilho estranho.

Cada um dos tanques de sete metros de largura está cheio de água, além de detectores para captar a radiação. Ao comparar os tempos em que as partículas chegam aos tanques, é possível calcular a direção dos raios gama. HAWC foi recentemente usado para estudar o microquasar SS 433, a cerca de 15.000 anos-luz de distância. SS 433 consiste em um buraco negro consumindo uma estrela, expulsando jatos de matéria que geram raios gama.

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) – EUA

Detectando: ondas gravitacionais

Este espelho vermelho de 40 kg é suspenso por um sistema elaborado projetado para protegê-lo de vibrações. Isso significa que ele é capaz de detectar movimentos menores que o tamanho de um núcleo atômico, indicando a chegada de ondas gravitacionais. Composto por dois locais com mais de 3.000 km de distância, o LIGO é o primeiro detector de ondas gravitacionais de sucesso. Cada local do LIGO tem um par de tubos de quatro quilômetros de comprimento, pelos quais os lasers viajam repetidamente, revelando movimentos nesses espelhos.

Em 14 de setembro de 2015, a astronomia foi mudada para sempre pela primeira detecção de ondas gravitacionais do LIGO. Previstas por Einstein em 1916, essas vibrações na estrutura do espaço-tempo são causadas por colisões cósmicas, como a fusão de buracos negros. Até agora, o LIGO detectou 11 fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons e está apenas começando uma terceira execução.

Super-Kamiokande – Japão

Detectando: Neutrinos

Mais de 13.000 tubos de detecção de luz alinham o detector de neutrinos Super-Kamiokande, um quilômetro abaixo do Monte Ikeno no Japão. Este é o avô de tais detectores, começando a operar em 1996. O tanque de 40 m de largura contém 50.000 toneladas de água pura. Quando os neutrinos colidem com as moléculas de água, eles produzem elétrons que se movem rapidamente, os quais geram a radiação Cherenkov, detectada pelos tubos nesta foto.

Super-Kamiokande foi fundamental para a nossa compreensão do comportamento estranho dos neutrinos. Sabemos que o Sol produz grandes quantidades de neutrinos, mas apenas cerca de um terço deles foi detectado. O Super-Kamiokande, junto com o Observatório de Neutrinos de Sudbury, do Canadá, foi usado para mostrar que os neutrinos passam por um processo chamado oscilação, alternando entre três tipos diferentes durante o vôo – o que explica por que tantos não são detectados. Isso mostrou que – ao contrário do que se esperava na época – os neutrinos têm massa, o que sinaliza uma lacuna em nosso entendimento de como o Universo funciona.

Deap-3600 (Experimento de matéria escura usando forma de pulso de argônio) – Canadá

Detectando: matéria escura

Este conjunto de tubos fotomultiplicadores em forma de flor no detector DEAP-3600 circunda uma câmara de argônio líquido. Os tubos são apontados para dentro, procurando por minúsculos flashes de luz conforme as partículas de matéria escura que chegam interagem com os núcleos de argônio. Se os detectores de neutrinos têm um trabalho difícil, pelo menos sabemos o que estamos procurando. A matéria escura, por outro lado, provou ser mais difícil de definir.

Esta matéria exótica – prevista por medições de que as galáxias parecem ter muito mais matéria nelas do que é observado – deve superar o número de partículas de matéria comuns em cerca de cinco para um. Uma teoria é que a matéria escura é feita de WIMPs (‘partículas massivas de interação fraca’), e é para isso que o DEAP-3600 foi projetado. Para reduzir a interferência de outras partículas, o detector está localizado a dois quilômetros de profundidade em uma antiga mina de níquel em Sudbury, Ontário.

O DEAP-3600 iniciou suas operações em 2016, e os primeiros dados estão apenas começando a ser analisados. Até agora, nada foi encontrado.

Leia também sobre:

Leave a Comment