Dispositivo criado no Brasil para experimento internacional com neutrinos é aprimorado

Um dos criadores do Arapuca, detector de luz a ser usado no Deep Underground Neutrino Experiment (Dune), apresentou durante a FAPESP Week London o X-Arapuca, nova versão que tornará mais eficiente a captura de fótons

André Julião, de Londres | Agência FAPESP – Uma parte vital de um dos maiores experimentos da física de partículas atual foi desenvolvida no Brasil. O Arapuca é um detector de luz a ser instalado no Deep Underground Neutrino Experiment (Dune) – projeto que busca descobrir novas propriedades dos neutrinos, partícula elementar com muito pouca massa e que viaja a uma velocidade muito próxima à da luz.

O X-Arapuca é uma evolução do detector de luz criado pelos professores Ettore Segreto, do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), e Ana Amélia Bergamini Machado, pesquisadora colaboradora do mesmo instituto. O dispositivo foi apresentado durante o primeiro dia da FAPESP Week London (http://www.fapesp.br/week2019/london/), evento realizado nos dias 11 e 12 de fevereiro de 2019.

Os pesquisadores têm apoio da FAPESP por meio do Programa de argônio líquido na Unicamp.

O detector será instalado no Dune, que deve começar a ser construído em 2021, nos Estados Unidos (leia mais sobre o projeto em: http://agencia.fapesp.br/25451/). O experimento será composto de duas partes. Em uma delas, no Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), no estado norte-americano de Illinois, haverá um acelerador de partículas que vai disparar um poderoso feixe de neutrinos. No Fermilab haverá ainda um dos detectores, não muito distante do acelerador. Na outra ponta, 1.300 quilômetros distante, na Sanford Underground Research Facility, em Dakota do Sul, haverá um outro detector. Este ficará 1.500 metros abaixo do nível do solo, preenchido com 70 mil toneladas de argônio líquido. Além dele, estarão nesse local 60 mil detectores X-Arapuca, responsáveis por detectar as partículas de luz emitidas com o feixe. Cada X-Arapuca terá 10 x 8 centímetros.

Todo o sistema está sendo testado numa versão em menor escala, o protoDune, em funcionamento desde setembro de 2018 na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), na fronteira entre França e Suíça.

Armadilha

“Este é o desenvolvimento mais recente do Arapuca. Ele tem uma eficiência ainda maior, baseada no mesmo princípio, com pequenas modificações. Estamos fazendo os testes na Unicamp e o detector parece ser muito bom. Além disso, a construção é mais simples”, disse Segreto à Agência FAPESP.

Uma das modificações foi a inclusão de uma guia de luz – dispositivo feito de um material que prende os fótons dentro do detector com mais eficiência. Com mais luz capturada, fica mais fácil medir suas propriedades. “A ideia desses detectores maiores é direcionar ainda mais os fótons para os detectores ativos, sensores de silício que são muito menores”, disse Segreto.

Esses pequenos sensores devem ser as únicas partes do X-Arapuca que não serão produzidas no Brasil. “A ideia é que todos os demais componentes e também a montagem sejam feitos no país”, disse o pesquisador, que vai coordenar toda a parte de detecção de luz do experimento (leia mais em: http://agencia.fapesp.br/26040/).

A luz será produzida quando o feixe de neutrinos atingir o argônio líquido presente no principal detector do Dune e produzir cintilação. Entre os fatores que pesaram para a escolha do argônio líquido está a capacidade de cintilação muito maior que a da água, usada em outros experimentos como o Super-Kamiokande, do Japão.

O argônio estará distribuído em quatro módulos, com o material mantido em estado líquido por uma refrigeração a 184 graus celsius negativos. O argônio líquido possibilitará ainda obter imagens em 3D das interações, com grau inédito de detalhamento e precisão.

O experimento deverá trazer respostas sobre a formação do Universo, como a chamada “violação de simetria de carga-paridade dos léptons”, que teria produzido, logo depois do Big Bang, um pequeno excedente de matéria em relação à antimatéria. O excedente comporia, atualmente, todo o universo observável.

Colaboração internacional

Stefan Söldner-Rembold, professor da Universidade de Manchester e um dos palestrantes do evento, elogiou a participação brasileira no experimento. O pesquisador responde pela parte do Reino Unido no consórcio.

“Um dos desafios que temos em acordos deste tipo é como as diferentes agências de financiamento de outros países contribuem com recursos. Quem põe o dinheiro quer que ele seja gasto localmente e também que a expertise seja desenvolvida localmente. A ideia é que o Brasil não contribua apenas enviando dinheiro, mas que os detectores sejam construídos no país e instalados no Dune com o know-how brasileiro. Isso de modo geral é difícil de alcançar, mas vamos conseguir neste caso”, disse o pesquisador.