Por dentro do Super-Kamiokande. O observatório está alinhado com 13, 000 tubos fotomultiplicadores que amplificam os fracos flashes de luz. Crédito:Observatório Kamioka, ICRR (Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos), A Universidade de Tóquio
O observatório de neutrinos Super-Kamiokande pode detectar diferentes tipos de fenômenos relacionados aos neutrinos, incluindo explosões de supernova em nossa própria galáxia. Normalmente está cheio de água pura, mas recentemente recebeu uma dose do elemento de terras raras gadolínio. Isso dará ao observatório a capacidade de ver explosões de supernovas também em galáxias mais distantes.
Enterrado a 1 quilômetro abaixo da superfície perto da cidade de Hida, no centro do Japão, está um enorme cilindro de 40 metros de altura e preenchido com 50 milhões de litros de água. Este é o observatório de neutrinos Super-Kamiokande, e desde 1996 tem observado neutrinos, partículas subatômicas, de solar, extrasolar, fontes terrestres e artificiais. Ele detecta essas partículas com sensores ópticos de alta sensibilidade que registram flashes de luz que ocorrem quando um neutrino interage com uma molécula de água.
Os sensores precisam ser muito sensíveis, pois os eventos de neutrino são difíceis de registrar. Os neutrinos têm tão pouca massa que passam principalmente pela matéria comum como se ela não estivesse lá, interagindo apenas raramente. Ao construir o observatório no subsolo, ajuda a bloquear outros tipos de partículas e radiação, mas permite que os neutrinos entrem na câmara, uma espécie de filtro. As características específicas dos flashes de luz informam aos pesquisadores sobre o tipo de neutrino que acabaram de detectar, como existem vários tipos diferentes relacionados a vários fenômenos que os criam.
Relíquias do passado. As supernovas acontecem constantemente, mas estão tão distantes umas das outras que os neutrinos resultantes se tornam muito difusos. Crédito:Observatório Kamioka, ICRR (Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos), A Universidade de Tóquio
As interações de neutrino emitem pósitrons e nêutrons, nêutrons atingem o gadolínio, que então emite raios gama. Crédito:Observatório Kamioka, ICRR (Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos), A Universidade de Tóquio
Os pesquisadores estão ansiosos para observar os neutrinos anti-elétrons em particular, pois eles podem nos dizer um número surpreendente de coisas sobre o nosso universo. Embora uma supernova em nossa própria galáxia tenha sido detectada antes, eles ocorrem apenas raramente, com várias décadas de diferença. Assim, os pesquisadores olham mais longe para as supernovas que aconteceram há bilhões de anos em galáxias distantes, mas há um problema.
Os sinais de neutrinos dessas supernovas distantes são muito fracos e difíceis de distinguir do ruído de fundo. Os flashes reveladores que significam um evento de supernova precisam de um impulso para ajudar os pesquisadores a extrair o sinal. A solução é adicionar uma impureza à água que cria flashes brilhantes em resposta aos nêutrons causados por interações de neutrino do antielétron, mas não afeta as observações em Super-Kamiokande.
Os pesquisadores misturaram várias toneladas de gadolínio, elemento de terras raras, na água pura. O gadolínio interage com nêutrons produzidos por certas interações de neutrinos, e emite um flash de raios gama facilmente detectável. Esses flashes informam indiretamente os pesquisadores sobre os neutrinos que os causaram. Inicialmente, 13 toneladas de um composto de gadolínio foram adicionadas, dando uma concentração de gadolínio de cerca de 0,01%. Os pesquisadores irão aumentar isso para melhorar ainda mais a sensibilidade aos eventos de neutrino.
"Com uma concentração de gadolínio de 0,01%, Super-Kamiokande deve detectar nêutrons de colisões de neutrinos com 50% de eficiência, "disse o professor Masayuki Nakahata que está supervisionando este projeto." Planejamos aumentar a concentração em alguns anos para aumentar a eficiência. Espero que possamos observar neutrinos de supernovas antigas dentro de alguns anos. "
