A milhares de metros de profundidade, nas entranhas ctónicas da crosta terrestre, os cientistas conseguiram finalmente apanhar neutrinos solares no momento em que transformam carbono-13 em azoto-13.
É a primeira vez que esta rara reação nuclear mediada por neutrinos é observada, mostrando como algumas das partículas mais evasivas e intangíveis do Universo conseguem, ainda assim, alterar discretamente a matéria, nas profundezas subterrâneas longe da superfície.
"Esta descoberta tira partido da abundância natural de carbono-13 no cintilador líquido da experiência para medir uma interação específica e rara", afirma a física Christine Kraus, do SNOLAB, o observatório de neutrinos no Canadá onde a deteção foi realizada.
"Tanto quanto sabemos, estes resultados representam a observação de mais baixa energia até hoje de interações de neutrinos com núcleos de carbono-13 e fornecem a primeira medição direta da secção eficaz desta reação nuclear específica para o estado fundamental do núcleo de azoto-13 resultante."
Os neutrinos estão entre as partículas mais abundantes de todo o vasto Universo. Formam-se em circunstâncias altamente energéticas, como explosões de supernovas e a fusão atómica que ocorre no coração das estrelas – por isso, estão praticamente em todo o lado.
No entanto, não têm carga elétrica, a sua massa é quase nula, e interagem muito pouco com outras partículas que encontram. Centenas de milhares de milhões de neutrinos estão neste momento a atravessar o seu corpo, passando simplesmente através dele como fantasmas. É por isso que são carinhosamente conhecidos como partículas fantasma.
Mas, de vez em quando, um neutrino embate realmente noutra partícula – uma colisão que produz um brilho infinitesimalmente ténue e uma chuva de outras partículas. Ainda assim, são difíceis de detetar à superfície da Terra, onde os raios cósmicos e a radiação de fundo escondem o sinal.
É por isso que alguns dos melhores detetores de neutrinos ficam bem no subsolo, onde a própria crosta terrestre funciona como escudo contra a radiação. Aí, câmaras gigantes são revestidas com fotodetetores e cheias com um cintilador líquido que amplifica os minúsculos sinais gerados por raras interações de neutrinos, florescendo na escuridão total e silenciosa.
Os neutrinos gerados no coração do Sol atravessam constantemente a Terra. As suas energias situam-se num intervalo bem conhecido, o que permite distingui-los facilmente dos neutrinos atmosféricos e astrofísicos, que são muito mais energéticos e muito menos comuns. À profundidade de 2 quilómetros (1,24 milhas) do detetor SNO+ do SNOLAB, quase todos os eventos nesta banda de energia têm origem solar.
Liderada pelo físico Gulliver Milton, da Universidade de Oxford, no Reino Unido, a equipa de investigação analisou cuidadosamente os dados do SNO+ recolhidos entre 4 de maio de 2022 e 29 de junho de 2023, à procura de um sinal específico que indicasse uma interação entre um neutrino e carbono-13 no fluido cintilador.
Quando um neutrino eletrónico solar atinge um núcleo de carbono-13, a colisão provoca duas coisas. A primeira é a produção de um eletrão, uma partícula com carga negativa, à medida que o núcleo atómico absorve o neutrino.
No núcleo do átomo de carbono existem 13 partículas: seis protões com carga positiva e sete neutrões neutros. A interação fraca desencadeada pelo neutrino converte um desses neutrões num protão, emitindo um eletrão.
Como o número de protões aumenta de seis para sete, o átomo deixa de ser carbono e passa a ser azoto-13, que tem sete protões e seis neutrões.
Cerca de 10 minutos depois, o azoto-13 resultante – um isótopo radioativo instável do azoto com uma meia-vida de, precisamente, 10 minutos – decai, emitindo um anti-eletrão revelador, ou positrão.
O resultado completo da interação é um clarão característico em duas etapas, conhecido como coincidência retardada. Essencialmente, os investigadores podem procurar um eletrão seguido de um positrão 10 minutos depois, como assinatura de um neutrino a converter carbono-13 em azoto-13.
A partir de 231 dias de dados de observação, os investigadores identificaram 60 eventos candidatos. Ao passarem esses dados pelo seu modelo estatístico, estimaram 5,6 transmutações carbono-azoto impulsionadas por neutrinos. Isso fica bastante próximo dos 4,7 eventos que esperavam encontrar.
"Captar esta interação é uma conquista extraordinária", diz Milton. "Apesar da raridade deste isótopo de carbono, conseguimos observar a sua interação com neutrinos, que nasceram no núcleo do Sol e percorreram distâncias imensas até chegarem ao nosso detetor."
O resultado é entusiasmante. Confirmar previsões teóricas é sempre gratificante, porque significa que a ciência está no caminho certo.
Também fornece uma nova medição da probabilidade desta reação específica entre neutrinos de baixa energia e carbono. Isso estabelece um novo ponto de referência para a física nuclear que será útil em estudos futuros.
"Os neutrinos solares são, há muitos anos, um tema fascinante de estudo, e as medições destes feitas pela nossa experiência antecessora, a SNO, conduziram ao Prémio Nobel da Física de 2015", afirma o físico Steven Biller, da Universidade de Oxford.
"É notável que a nossa compreensão dos neutrinos provenientes do Sol tenha avançado tanto que agora podemos usá-los, pela primeira vez, como um 'feixe de teste' para estudar outros tipos de reações atómicas raras!"
A investigação foi publicada na Physical Review Letters.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário