O Large Hadron Collider foi usado para detectar todas as partículas conhecidas, exceto neutrinos. Até agora

Os neutrinos são algumas das partículas mais enigmáticas de toda a física. Ostentando uma carga neutra e uma massa próxima de zero, os neutrinos raramente interagem com outra matéria e, como tal, têm sido notoriamente difíceis de observar. Os cientistas ainda aprenderam muito sobre eles – incluindo a identificação de três tipos de neutrinos (partículas de elétron, múon e tau) – mas observá-los tem sido outra questão. Embora os neutrinos tenham sido detectados usando equipamentos avançados, os físicos esperavam entendê-los melhor observando-os dentro de um colisor de partículas.

O resultado foi um grande sucesso: um experimento que detectou neutrinos diferente de qualquer outro já realizado.

Agora, graças a cientistas de dois institutos distintos, foram detectados neutrinos num colisor – e o mundo da física poderá nunca mais ser o mesmo.

Para atingir esse objetivo, pesquisadores do FASER (Forward Search Experiment) e SND (Scattering and Neutrino Detector)@LHC utilizaram o Large Hadron Collider (LHC), uma máquina suíça que também é o maior e mais energético colisor de partículas do mundo. Existe essencialmente como um circuito gigante construído em um túnel de 27 quilômetros (17 milhas) de circunferência. Embora a detecção de neutrinos num colisor possa parecer uma brincadeira académica, os cientistas que o fizeram acreditam que podem aprender muito sobre a estrutura atómica do Universo através deste processo.

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“Os neutrinos são produzidos abundantemente em colisores de prótons como o LHC”, disse Cristovão Vilela, parte da Colaboração SND@LHC, ao Phys.org. "No entanto, até agora, estes neutrinos nunca tinham sido observados diretamente. A interação muito fraca dos neutrinos com outras partículas torna a sua detecção muito desafiadora e por isso são as partículas menos estudadas no Modelo Padrão da física de partículas."

O FASER detectou os neutrinos organizando seu detector ao longo da linha de um feixe de partículas de tal forma que os neutrinos de maior energia passassem através dele. Usando 730 folhas de tungstênio com 0,044 polegadas de espessura cada, a equipe do FASER conseguiu seguir as trajetórias das partículas em colisão. Ao fazer isso, eles conseguiram encontrar 153 eventos de neutrinos usando seu detector “muito pequeno e barato”.

Da mesma forma, o SND@LHC relatou mostrar 8 eventos adicionais de neutrinos após colocar seu detector de lado. Tal como a equipa FASER, esta protegeu o seu detector numa centena de metros de rocha e betão para que a maioria das partículas não-neutrinos não passasse.

O resultado foi um grande sucesso: um experimento que detectou neutrinos diferente de qualquer outro já realizado.

"Anteriormente, pensava-se que a física de partículas era dividida em duas partes: experimentos de alta energia, necessários para estudar partículas pesadas, como quarks top e bósons de Higgs, e experimentos de alta intensidade, necessários para estudar neutrinos", Jonathan Lee Feng, co-porta-voz da Colaboração FASER, disse ao Phys.org. "Este trabalho mostrou que experiências de alta energia também podem estudar neutrinos, e assim reuniu as fronteiras de alta energia e alta intensidade."

“Os colisores de partículas existem há mais de 50 anos e detectaram todas as partículas conhecidas, exceto os neutrinos”, acrescentou.

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A qualquer segundo, cerca de 100 triliões de neutrinos passam através de um corpo humano – e deixam o ser humano ileso.

A existência de neutrinos foi levantada pela primeira vez na década de 1930, depois de cientistas que trabalhavam no desenvolvimento de armas nucleares terem notado que muitas vezes as reações nucleares pareciam transportar menos energia do que as partículas que as precederam. Dado que a lei da conservação afirma que a energia não pode ser criada nem destruída, era lógico que existiam partículas subatómicas que os humanos ainda não conheciam e que eram responsáveis ​​pela energia perdida.

Em 1956, os físicos Frederick Raines e Clyde Cowan lideraram uma equipe de pesquisadores que confirmou a existência de neutrinos. Desde então, neutrinos foram detectados no Sol, durante supernovas e até mesmo em interações entre os raios cósmicos e a alta atmosfera. No entanto, ainda tem sido notoriamente difícil para os cientistas realizar experiências com partículas quase sem massa e que não interagem com outra matéria. Isto é o que torna as experiências do LHC tão inovadoras.