Cientistas detectam o neutrino de maior energia já registrado

    Os neutrinos são a segunda partícula mais abundante no Universo depois dos fótons, mas são muito difíceis de detectar, razão pela qual são necessários detectores enormes, como o telescópio de neutrinos KM3NeT.

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    Representação da detecção de neutrinos pelo telescópio KM3NeT. O desenho da Torre Eiffel serve para apreciar a escala dos cabos que formam as unidades de detecção. Imagem: Telescópio KM3NeT.

    O telescópio de neutrinos KM3NeT é uma infraestrutura gigantesca instalada em águas profundas do Mar Mediterrâneo, que quando concluída ocupará um volume de mais de um quilômetro cúbico.

    Seu tamanho não é um exagero; é a única maneira de capturar neutrinos, partículas elementares muito abundantes no Universo, mas muito pequenas e sem carga elétrica, e que chegam constantemente à Terra sem serem detectadas.

    Os neutrinos podem vir do interior de estrelas, como o Sol, mas também de buracos negros, explosões de supernovas ou outros fenômenos astronômicos que ocorrem a milhões de anos-luz de distância; então, observá-los é crucial para poder estudá-los.

    Na quarta-feira passada (12), um dos detectores do KM3NeT, chamado ARCA, conseguiu detectar um neutrino com energia estimada em cerca de 220 PeV (picoelétron-volts, equivalente a 220.000 bilhões de elétron-volts), o mais energético observado até agora, fornecendo a primeira evidência de que neutrinos de energias tão altas são produzidos no Universo.

    Caçando a partícula mais misteriosa

    Em estudo publicado na revista Nature, a equipe detalhou que a detecção ocorreu em 13 de fevereiro de 2023 e, após um longo trabalho de análise e interpretação dos dados, foi verificado que uma única partícula passou por todo o detector, produzindo sinais em mais de um terço dos sensores ativos.

    A inclinação de sua trajetória combinada com sua enorme energia forneceu evidências convincentes de que era um neutrino cósmico que interagia nas proximidades do detector.

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    Impressão visual do evento observado no detector ARCA do telescópio KM3NeT. As cores indicam a luz vista por cada módulo. Imagem: KM3NeT.

    “O KM3NeT começou a investigar uma gama de energia e sensibilidade na qual os neutrinos detectados podem ter sua origem em fenômenos astrofísicos extremos. Esta primeira detecção de um neutrino de centenas de pico-elétron-volts (PeV) abre um novo capítulo na astronomia de neutrinos e uma nova janela para observar o Universo”, disse Paschal Coyle, pesquisador do Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS).

    Esses fenômenos astrofísicos extremos são eventos cataclísmicos, como o acúmulo de buracos negros supermassivos no centro de galáxias, explosões de supernovas e explosões de raios gama, eventos que ainda não são totalmente compreendidos pela ciência.

    Esses eventos geram fluxos de partículas chamados raios cósmicos, que podem interagir com matéria ou fótons ao redor de sua fonte para produzir neutrinos e fótons. Durante sua jornada pelo Universo, os raios cósmicos mais energéticos podem interagir com fótons da radiação cósmica de fundo em micro-ondas para produzir neutrinos “cosmogênicos” extremamente energéticos.

    Este neutrino em particular pode ter se originado de um evento cataclísmico ou ser a primeira detecção de um neutrino cosmogênico, mas é difícil confirmar sua origem a partir de uma única partícula. Observações futuras do telescópio se concentrarão em detectar mais eventos desse tipo para obter uma imagem mais clara.

    Como funciona o telescópio abaixo do mar

    O telescópio KM3NeT usa água do mar como meio para interações de neutrinos. O detector ARCA (Cosmic Astroparticle Investigation in the Deep) usado nesta descoberta detecta luz Cherenkov, um brilho azulado gerado durante a propagação de partículas produzidas em interações de neutrinos através da água.

    um módulo do telescópio KM3NeT
    Um módulo do telescópio KM3NeT, com 31 "olhos" sensíveis à luz no fundo do mar. Imagem: KM3NeT.

    “Determinar a direção e a energia deste neutrino exigiu calibração precisa do telescópio e algoritmos sofisticados de reconstrução de trajetória. Além disso, essa detecção notável foi alcançada com apenas um décimo da configuração final do detector, demonstrando o grande potencial do nosso experimento para o estudo de neutrinos e para a astronomia de neutrinos”, comentou Aart Heijboer, Diretor de Física e Software do KM3NeT na época da detecção e pesquisador do Instituto Nacional Holandês de Física Subatômica (Nikhef).

    Os detectores ARCA e ORCA do KM3NeT são dedicados à detecção dos neutrinos de maior energia e suas fontes no Universo, e ao estudo das propriedades fundamentais do próprio neutrino, respectivamente. O primeiro fica a 3.450 metros de profundidade, a cerca de 80 km da costa de Portopalo di Capo Passero, na Sicília, Itália, enquanto o ORCA fica a 2.450 metros, a cerca de 40 km da costa de Toulon, na França.

    Referências da notícia

    KM3NeT detects the highest energy neutrino ever observed. 12 de fevereiro, 2025. KM3Net.

    Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT. 12 de fevereiro, 2025. The KM3NeT Collaboration.