Investigadores de CIÊNCIAS ajudam a revelar interações entre neutrinos e carbono-13

Pela primeira vez na história, um consórcio de cientistas conseguiu registar os primeiros dados relativos a interações entre neutrinos gerados pelo sol e núcleos atómicos de carbono-13. O feito inédito, que foi levado a cabo pelo consórcio SNO+ e conta com a participação de investigadores da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (Ciências ULisboa), teve lugar a dois quilómetros da superfície, numa mina em Sudbury, no Canadá. Com o detetor instalado no local, foi possível verificar que a interação entre neutrinos solares e núcleos de carbono-13 produz um eletrão e um átomo de azoto-13. A investigação acaba de ser relatada num artigo publicado na revista científica Physical Review Letters.

“Até à data, só havia modelos teóricos que previam este tipo de interações entre neutrinos solares e núcleos de carbono-13, e não havia uma confirmação experimental que permitisse saber o que realmente acontece”, responde Valentina Lozza, investigadora do Laboratório de Instrumentação de Física Experimental de Partículas (LIP) que assumiu a coordenação da Análise de Dados do SNO+. “Com estes resultados, podemos entrar em diálogo com os cientistas que estudam esses modelos para saber se é possível refinar as previsões teóricas”, acrescenta a investigadora.

Ainda que misteriosos e impercetíveis a olho nu, os neutrinos são especialmente abundantes. Até porque podem ter várias fontes ou origens: há neutrinos que possivelmente remontam ao Big Bang, e outros que são produzidos por reatores nucleares. Por seu turno, a investigação do consórcio SNO+ incidiu esforços sobre neutrinos produzidos no interior das estrelas – mais precisamente naqueles que são provenientes do Sol.

Para registarem o resultado das interações de neutrinos com átomos de carbono-13, os investigadores do SNO+ usaram um detetor que é composto por uma esfera acrílica preenchida com 780 toneladas de líquido cintilador, que conta ainda com uma proteção contra a radioatividade providenciada por 7000 toneladas de água ultrapura. Além disso, o dispositivo está equipado com mais de 9000 sensores que permitem captar fotões dos sinais luminosos produzidos pelas interações geradas por neutrinos e átomos de carbono-13.

Em 231 dias de ensaio, entre 2022 e 2023, foi possível detetar 5,6 eventos relativos a interações entre neutrinos e carbono-13. “Os neutrinos caracterizam-se por produzirem muito poucas interações (com outras partículas). Se esta experiência tivesse sido feita à superfície da Terra teríamos muito ruído produzido por outras partículas que iria inviabilizar este ensaio”, explica José Maneira, professor do Departamento de Física e investigador do LIP.

Durante bastante tempo, pensou-se que os neutrinos não teriam massa e, de forma simplificada, essa faceta também poderia ajudar a explicar o facto de estas curiosas partículas não produzirem muitas interações e conseguirem atravessar rochas, tecidos vivos ou o próprio solo. Em 2015, o prémio Nobel da Física foi atribuído ao canadiano Arthur B. McDonald e ao japonês Takaaki Kajita, por terem demonstrado que, afinal, os neutrinos têm massa, ainda que se mantenha a constatação de que não são propriamente muito interativos com outros elementos da tabela periódica.

Essa revelação haveria de tirar partido de um dispositivo conhecido por SNO, que também contou com a participação do LIP e é antecessor do SNO+. Além de conseguirem demonstrar que os neutrinos têm massa, os laureados pelo Nobel confirmaram que estas curiosas partículas sofrem oscilações depois de serem libertadas pelo Sol. E é nesse ponto que importa distinguir três tipologias de neutrinos: uma primeira que é conhecida como neutrinos de eletrão; uma segunda que remete para neutrinos de muão; e a terceira que é designada por neutrinos de tau.

“O Sol emite neutrinos de eletrão, mas sabe-se que há uma parte desses neutrinos que se transforma em neutrinos de tau ou neutrinos de muão. Acontece que se todos esses neutrinos se transformassem sempre em neutrinos de tau ou de muão, nunca teríamos conseguido fazer esta experiência”, refere José Maneira.

Já é possível distinguir a proveniência de um neutrino através da orientação, da energia ou das reações que produz, mas com o SNO+ os investigadores acreditam estar em condições de estimar com maior precisão quantos neutrinos de eletrão se transformam em neutrinos de muão ou de tau depois de serem emitidos pelo Sol. Os mentores deste projeto também mantêm a expectativa de que os resultados obtidos em Sudbury possam contribuir para o estudo de interações entre diferentes tipologias de neutrinos e os vários elementos da tabela periódica e isótopos que comportam.

“Sabemos que, na China, já estão a ser desenvolvidos sistemas 20 vezes maiores que o SNO+. O que significa que se torna possível usar os resultados apurados pelo SNO+ para experiências bem maiores que aumentam a probabilidade de estas interações serem detetadas”, conclui Valentina Lozza.