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    Estávamos construindo um 1, Experiência científica subterrânea de 300 km para estudar as partículas mais elusivas do mundo

    Crédito:Shutterstock

    Em uma mina de ouro abandonada perto de Deadwood, Dakota do Sul, a construção começou no que é indiscutivelmente o maior experimento científico do mundo. Faço parte de uma equipe internacional de cerca de 1, 000 cientistas se reuniram para projetar e executar este projeto - o Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) - a fim de estudar a partícula de matéria mais abundante, porém elusiva, do universo.

    Ao fazer isso, podemos dar um passo mais perto de compreender as origens da matéria e de completar o modelo da ciência de como o universo funciona. É por isso que o governo do Reino Unido já comprometeu £ 65 milhões para o projeto, tornando o Reino Unido o segundo maior contribuinte para o projeto depois dos EUA.

    Físicos de partículas como eu são fascinados por neutrinos por causa de suas propriedades incomuns, que pode estar diretamente ligada a fenômenos que poderiam explicar a estrutura do universo. Os neutrinos são uma das partículas fundamentais que não podem ser quebradas em mais nada. Eles estão em toda parte, mas são extremamente difíceis de pegar, pois quase não têm massa, não são carregados e raramente interagem com outras partículas.

    Cerca de 100 bilhões deles viajam através de nossos dedos a cada segundo, mas quase todos eles passam pela Terra sem deixar qualquer vestígio. A maioria desses neutrinos se origina de reações nucleares que alimentam o sol. Os neutrinos também vêm de raios cósmicos que atingem a atmosfera, ou estrelas explodindo. Eles também foram abundantemente produzidos logo após o nascimento do universo.

    O 1, Experiência de 300km. Crédito:DUNE

    Isso significa estudar neutrinos e compará-los com seus equivalentes "antineutrinos", podemos ser capazes de descobrir o que aconteceu no início do universo que significava que ele seria feito principalmente de matéria e não de antimatéria. Experimentos feitos para detectar neutrinos também podem nos ajudar a descobrir se os prótons decaem, uma peça-chave de evidência para provar as idéias de alguns cientistas sobre como a maioria das forças na física pode ser explicada usando uma "grande teoria unificada".

    Para fazer isso, DUNE vai disparar feixes de neutrinos do Laboratório Fermi National Accelerator em Illinois, NÓS, ao longo de 1, Trajeto subterrâneo de 300 km até o Centro de Pesquisa do Subterrâneo de Sanford, em Dakota do Sul. Por comparação, o acelerador de partículas circular Large Hadron Collider usado para encontrar o bóson de Higgs tem apenas 27 km de circunferência, embora as partículas de DUNE viajem através do solo ao invés de um túnel especialmente construído.

    Detectando os neutrinos

    Os neutrinos vêm em três tipos ou "sabores", como são chamados:neutrinos de elétrons, neutrinos do múon, e neutrinos tau. Os neutrinos que saem do Fermilab serão principalmente de sabor muon, mas eles podem mudar ou "oscilar" enquanto viajam. Detectar essas oscilações é o que fornecerá respostas definitivas às perguntas sobre a natureza do neutrino e seu papel no universo.

    Evento de neutrino em argônio líquido. Crédito:MicroBooNE

    Os neutrinos podem ser detectados registrando a luz, carga e tipo de partícula que eles produzem quando entram em contato com certos líquidos. Quando cada neutrino chega, ele criará uma partícula que corresponde ao seu sabor. Um neutrino de elétron, por exemplo, irá produzir um elétron, enquanto um muon-neutrino irá produzir um múon. Se pudermos detectar elétrons, saberemos que os neutrinos do múon mudam de sabor à medida que viajam.

    DUNE usará quatro tanques grandes, cada um contendo 10, 000 toneladas de argônio líquido mantido a uma temperatura de -186 ℃, para detectar os neutrinos com uma precisão muito maior do que os experimentos anteriores, que eram menores ou usavam tanques cheios de água. O experimento deve acontecer cerca de uma milha no subsolo para proteger os detectores de serem subjugados por falsos sinais de neutrino da radiação cósmica que bombardeia a Terra.

    A enorme sensibilidade produzida pelo uso desse método também ajudará a detectar rajadas de neutrinos do espaço. Por exemplo, em 1987, uma estrela explodindo próxima (supernova) resultou em todos os detectores de neutrinos do mundo registrando 25 eventos de neutrinos no total. DUNE seria capaz de observar milhares de dispersões de neutrinos em um período de cerca de dez segundos para uma supernova semelhante. Analisar a composição e a estrutura de tempo de um pulso de neutrino revolucionaria nossa compreensão das supernovas e das propriedades dos neutrinos.

    Resolvendo o mistério da antimatéria

    Tudo isso deve nos ajudar a responder a várias perguntas importantes sobre neutrinos, por exemplo, sobre sua massa. Os neutrinos são tão pequenos que sua massa provavelmente não é criada pelo Bóson de Higgs, recentemente descoberto pelo Grande Colisor de Hádrons, da mesma forma que a maioria das outras partículas elementares. Em vez de, sua massa pode vir de neutrinos parceiros muito pesados ​​que decaem muito rapidamente após a formação.

    Esses neutrinos parceiros teriam desempenhado um papel fundamental na evolução inicial do universo e também poderiam ajudar a explicar por que há muito mais matéria do que antimatéria no universo. DUNE também nos ajudará a descobrir se os neutrinos e seus equivalentes de anti-matéria, anti-neutrinos, comportar-se de forma idêntica, fornecendo mais evidências para o domínio da matéria.

    Uma vez que as grandes quantidades de argônio no detector contêm muitos prótons, O DUNE também é um experimento ideal para pesquisar o decaimento de prótons. Sob nosso atual "modelo padrão" de física que descreve todas as partículas fundamentais, é impossível que os prótons se decomponham. Mas muitas das grandes teorias unificadas que os cientistas estão reunindo para explicar todas as forças do universo (exceto a gravidade) prevêem que os prótons decaem, muito lentamente.

    Até agora não temos evidências de decaimento de prótons, mas, se acontecer, então o DUNE deve ser capaz de detectá-lo e localizá-lo dentro do argônio líquido com precisão milimétrica. Isso pode ajudar a provar se alguma das grandes teorias unificadas está correta, e, novamente, poderia fornecer mais pistas sobre o domínio da matéria sobre a antimatéria.

    O novo financiamento, junto com os esforços combinados de cientistas de todo o mundo, nos colocará no caminho certo para registrar os primeiros eventos em DUNE em 2024. Isso significa que na próxima década poderíamos ter resolvido alguns dos maiores mistérios do universo.

    Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.

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