Os neutrinos de alta energia são partículas extremamente raras que até agora se revelaram muito difíceis de detectar. Os fluxos destas partículas raras foram detectados pela primeira vez pela Colaboração IceCube em 2013.



Artigos recentes apresentados em Physical Review D e The Astrophysical Journal Letters descobriram que supernovas próximas, especialmente as galácticas, seriam fontes promissoras de neutrinos de alta energia. Isto inspirou novos estudos que exploram a possibilidade de detectar neutrinos provenientes destas fontes utilizando grandes detectores de colisões de partículas, como o detector ATLAS do CERN.

Pesquisadores da Universidade de Harvard, da Universidade de Nevada e da Universidade Estadual da Pensilvânia demonstraram recentemente que o detector ATLAS pode medir o fluxo de neutrinos de supernovas de alta energia. Seu novo artigo, publicado em Physical Review Letters , poderia inspirar esforços futuros destinados a detectar fluxos de neutrinos de alta energia.

"Carlos A. Argüelles, Ali Kheirandish e eu nos conhecemos no workshop KITP em Santa Bárbara e descobrimos que os neutrinos de supernovas de alta energia são alvos promissores não apenas para grandes detectores de neutrinos, mas também para detectores de física de partículas", Kohta Murase, co -autor do artigo, disse Phys.org. "Detetores de colisões como o ATLAS do LHC podem ser muito melhores do que detectores de neutrinos como o IceCube para estudar as propriedades dos neutrinos (sabores, antineutrinos, nova física, etc.)."

As seções transversais neutrino-núcleo, a massa do ATLAS e o fluxo esperado de neutrinos de uma determinada supernova em função do tempo já eram conhecidos. Ao considerar em conjunto uma parte integrante dessas quantidades conhecidas, Murase e seus colegas foram capazes de estimar o número de neutrinos que interagiriam diretamente no detector ATLAS.

“Também contabilizamos os neutrinos que interagem na Terra fora do detector e produzem um múon que pode ser detectado dentro do detector”, disse Alex Y. Wen, co-autor do artigo. "Usamos um software chamado LeptonInjector, que modelou tais eventos levando em conta o fluxo de neutrinos, a geometria do detector e assim por diante. Esses cálculos nos deram o número estimado de eventos de sinal de neutrinos para uma determinada supernova.

"A partir daí, com base no que sabíamos sobre as capacidades de hardware do ATLAS, mostrámos que ele conseguia distinguir estes sinais do fundo e recuperar informações importantes sobre o neutrino, tais como a sua carga e sabor."

Com base nos seus cálculos, Murase, Wen e os seus colegas concluíram que mesmo com estatísticas limitadas, o detector ATLAS no Large Hadron Collider (LHC) do CERN deveria ser capaz de caracterizar o sabor dos neutrinos. Além disso, o detector deve ser capaz de discriminar entre neutrinos e antineutrinos.

"Muitos estudos anteriores sobre neutrinos astrofísicos de alta energia dependiam de detectores de grande volume usando água ou gelo (como Super-Kamiokande e IceCube)", disse Murase. "Este trabalho demonstra que grandes detectores de partículas em experimentos de colisores, como ATLAS e CMS, que têm energia e resolução angular muito melhores e capacidades de identificação de partículas, servem como detectores astrofísicos de neutrinos únicos. Isto é poderoso e complementar à abordagem convencional."

Este artigo recente destaca o potencial dos detectores colisores ATLAS e CMS para detectar neutrinos de alta energia originários de supernovas galácticas no futuro. No futuro, poderá assim inspirar a colaboração ATLAS e CMS a iniciar pesquisas de neutrinos de alta energia de supernovas galácticas, ajudando potencialmente a reunir novos conhecimentos sobre estas partículas raras apenas com um número limitado de neutrinos.

“Nosso trabalho adiciona ATLAS e experimentos similares densamente instrumentados a uma rede de experimentos que monitoram o céu em busca das próximas supernovas galácticas”, disse Carlos Argüelles-Delgado, outro pesquisador envolvido no estudo. "É muito emocionante para mim pensar em cientistas de uma ampla gama de física experimental de alta energia, desde energias MeV até TeV, investigando isso."

Murase, Wen e seus colaboradores planejam continuar explorando esta via de pesquisa recém-identificada. Nos seus próximos trabalhos, por exemplo, eles gostariam de se concentrar em como outros detectores colisores poderiam contribuir para a observação de neutrinos de alta energia.

“Em nossos estudos futuros, pode ser interessante considerar as perspectivas para outros detectores de colisores e as implicações para a física além do Modelo Padrão”, acrescentou Murase.

Mais informações: Alex Y. Wen et al, Detecting High-Energy Neutrinos from Galactic Supernovae with ATLAS, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061001
Informações do diário: Revisão Física D , Cartas de revistas astrofísicas , Cartas de revisão física

© 2024 Science X Network