Argônio. Está tudo ao nosso redor. Está no ar que respiramos, luzes incandescentes pelas quais lemos e globos de plasma com os quais muitos de nós brincávamos quando crianças.

Na forma líquida, o argônio também é um alvo barato e eficaz para experimentos de física de neutrinos. Em 21 de fevereiro, os cientistas do Fermilab começaram a resfriar o ICARUS - o maior detector de partículas do Programa de Neutrino de Linha de Base Curta do laboratório - e enchê-lo com 760 toneladas de argônio líquido, aproximando o ICARUS da operação e a busca de um quarto tipo de neutrino.

"O Programa de Neutrino de Linha de Base Curta é incrível porque finalmente resolverá resultados anômalos de longa data em medições de neutrino, "disse Robert Wilson, vice-porta-voz do ICARUS e professor de física da Colorado State University.

“Os neutrinos são um componente fundamental e abundante do nosso universo:ainda sabemos muito pouco sobre eles, e isso me mantém muito interessado em continuar pesquisando suas propriedades, "acrescentou Carlo Rubbia, Prêmio Nobel e porta-voz do ICARUS.

Mais de 20 anos atrás, os cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos encontraram mais antineutrinos de elétrons do que esperavam em seus resultados do Detector de Neutrino Cintilador Líquido. Em um experimento de acompanhamento, mais de 10 anos depois, os cientistas do experimento MiniBooNE no Fermilab observaram uma inconsistência semelhante e descobriram uma nova anomalia em seus dados de neutrino.

Os cientistas se perguntam se isso foi mais do que coincidência.

Um quarto tipo de neutrino

Está bem estabelecido que os três tipos conhecidos de neutrino - elétron, muon e tau - oscilam, ou mudar, um no outro. Para estudar essas oscilações e como elas acontecem, os cientistas precisam de neutrinos para interagir com alguma coisa. Para ICARUS, essa substância é o argônio líquido.

No experimento ICARUS, um feixe de neutrino do tipo múon irá interagir com o argônio líquido e deve, em teoria, produzem principalmente partículas carregadas chamadas múons. (Um feixe de neutrino do tipo elétron deve produzir principalmente elétrons.) Mas dados os resultados do Detector de Neutrino Cintilador Líquido e MiniBooNE, isso é apenas parte da história, e o ICARUS pretende preencher as lacunas.

"E se os neutrinos estiverem oscilando em um neutrino que não interage com nada, nem um pouco como os outros neutrinos fazem? ", disse Wilson." Esta não é uma extensão natural da teoria dos neutrinos, mas pode explicar os resultados do LSND e do MiniBooNE. "

Esse quarto tipo de neutrino, ao contrário dos outros, não se transformaria em uma partícula carregada complementar após a interação em um detector. Na verdade, não iria interagir de forma alguma. Pela mecânica quântica, Contudo, este assim chamado neutrino estéril ainda pode oscilar entre os tipos de neutrino e alterar o padrão de oscilação que ICARUS observará.

A descoberta de um neutrino estéril derrubaria o modelo padrão de partículas subatômicas e afetaria nossa compreensão de como o universo evoluiu.

Do enchimento à viga

Localização ideal do ICARUS, o tamanho e o material do detector o tornam especialmente sensível à detecção de neutrinos que exibiriam esse efeito de oscilação. Se os cientistas do ICARUS encontrarem mais neutrinos de elétrons em seu feixe de neutrinos do tipo múon do que o esperado, eles finalmente teriam evidências concretas de neutrinos estéreis.

As medições do ICARUS também informarão como os experimentos de neutrino de linha de base longa coletam e analisam os dados. Por exemplo, a experiência dos cientistas no ICARUS informará os muito maiores, Experimento internacional Deep Underground Neutrino, hospedado pelo Fermilab. A tecnologia de detecção de argônio líquido do ICARUS será adaptada para DUNE, que usará 70, 000 toneladas de argônio líquido para estudar os três tipos de neutrinos conhecidos e como eles mudam de um para o outro.

"O ICARUS percorreu um longo caminho desde sua concepção e atividade de coleta de dados no Laboratório Gran Sasso, na Itália, e agora está se aproximando de uma nova fase de aquisição de dados aqui no Fermilab. Estou emocionado em ver o entusiasmo de uma geração mais jovem de cientistas agora em trabalhar neste experimento, "Disse Rubbia.

Levará aproximadamente oito semanas para preencher o ICARUS com argônio líquido. Assim que o detector estiver cheio, os cientistas verificarão sua estabilidade e pureza do argônio. Então, eles vão ligar a energia pela primeira vez desde que o ICARUS chegou ao Fermilab através do Oceano Atlântico. Eles esperam ver as primeiras faixas de partículas ainda este ano.