Uma parte crítica de um dos maiores experimentos recentes de física de partículas foi desenvolvida no Brasil. O Arapuca é um detector de luz a ser instalado no Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), um projeto que busca descobrir novas propriedades dos neutrinos, partículas fundamentais com muito pouca massa que viajam perto da velocidade da luz.

O X-Arapuca é uma versão aprimorada do detector de luz desenvolvido pelos professores Ettore Segreto, do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), e Ana Amélia Bergamini Machado, pesquisador colaborador da mesma instituição. O aparelho foi o tema da sessão ministrada no primeiro dia da FAPESP Week London, um evento que ocorrerá de 11 a 12 de fevereiro, 2019.

O detector será instalado no DUNE, cuja construção está prevista para começar nos Estados Unidos em 2021. O DUNE será equipado com dois detectores enormes. O primeiro será próximo à fonte, no Laboratório Nacional Fermi (Fermilab), em Batávia, Illinois. O acelerador de partículas do laboratório produzirá um poderoso feixe de neutrino. Esse feixe irá viajar para o segundo, detector muito maior, 1, 300 km de distância, no Sanford Underground Research Facility em South Dakota, segurando 70, 000 toneladas de argônio líquido e localizado a 1,5 km no subsolo. O site também terá 60, 000 detectores X-Arapuca que serão responsáveis ​​por detectar a luz emitida pelo feixe. Cada X-Arapuca medirá 10 por oito centímetros.

Todo o sistema está sendo testado em uma escala menor - o ProtoDUNE - em operação desde setembro de 2018 na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), na fronteira entre a França e a Suíça.

“Este é o mais recente desenvolvimento da Arapuca. Proporciona uma eficiência ainda maior com base no mesmo princípio, ao introduzir pequenas modificações. Estamos fazendo os testes na UNICAMP e o detector parece estar muito bom. Além disso, a construção é mais simples, "Disse Segreto.

Uma das modificações foi a inclusão de uma luz guia - um dispositivo feito de um material que captura os fótons de forma mais eficiente dentro do detector. É mais fácil medir as propriedades da luz capturando mais dela. "A ideia desses detectores maiores é direcionar ainda mais fótons para os detectores ativos, sensores de silício que são muito menores, "Disse Segreto.

Espera-se que esses pequenos sensores sejam as únicas peças do X-Arapuca que não serão fabricadas no Brasil. “A ideia é que todos os demais componentes sejam feitos no país assim como a montagem do aparelho, "disse o pesquisador, que vai liderar toda a parte de detecção de luz do experimento.

A luz será produzida quando o feixe de neutrino atingir o líquido de argônio no detector principal do DUNE e produzir cintilação. Entre os fatores que influenciaram a escolha do argônio líquido está sua capacidade de cintilação, que é muito maior do que a água usada em outros experimentos como o Super-Kamiokande do Japão. O argônio será distribuído em quatro módulos, cada um contendo argônio mantido no estado líquido por refrigeração a -184 ° C. O argônio líquido também tornará possível obter imagens 3-D das interações com uma quantidade de detalhes e precisão sem precedentes.

Espera-se que o experimento forneça respostas sobre como o universo foi formado, investigando mistérios como a "violação de simetria de paridade de carga de léptons, " que, logo após o Big Bang, teria produzido um pequeno excedente de matéria em relação à antimatéria. Esse excedente constitui o universo que conhecemos.

Stefan Söldner-Rembold, professor da Universidade de Manchester e um dos palestrantes do evento, elogiou a participação do Brasil no experimento. O pesquisador falou em nome da participação do Reino Unido no consórcio. “Um dos desafios que temos com esse tipo de acordo é como as diferentes agências de fomento de outros países contribuem com recursos. Quem coloca o dinheiro quer que seja gasto, e a experiência desenvolvida, localmente. A ideia é que o Brasil não está apenas contribuindo com fundos, mas que os detectores estão sendo construídos no país e instalados no DUNE com a utilização do know-how brasileiro. Isso geralmente é difícil de fazer, mas vamos conseguir fazer neste caso, "disse a pesquisadora.