Trilhões de neutrinos passam pelo nosso corpo a cada segundo. O sol os produz por fusão; O mesmo acontece com as usinas nucleares. Alguns vêm de explosões de supernovas no espaço. Os neutrinos estão associados aos antineutrinos, o que os cientistas acreditam refletir o seu comportamento.
Juno foi, portanto, projetado para capturar antineutrinos – especificamente, aqueles emitidos por duas usinas nucleares a 53 quilômetros do observatório.
A esfera de Juno, que tem 13 andares de altura, será preenchida com um líquido especial chamado “cintilador” e imersa em um cilindro de água pura, disse Wang Yifang, líder do projeto e diretor do Instituto de Física de Altas Energias da China.
Quando os antineutrinos entram no líquido, desencadeiam processos químicos que produzem um breve flash de luz, que pode ser capturado por sensores que revestem a esfera.
“O evento irá desencadear um flash com duração de cerca de 5 nanossegundos, que esperamos capturar com milhares de tubos fotomultiplicadores ao redor da esfera”, disse Wang, usando um capacete enquanto os trabalhadores atrás dele instalavam os tubos. “Esperamos capturar 60 eventos por dia.”
Graças a essa abordagem, Juno será capaz de medir a diferença na massa dos antineutrinos cerca de 10 vezes melhor do que os instrumentos anteriores.
O primeiro de três novos observatórios de neutrinos
Juno faz parte dos esforços ambiciosos da China para se tornar uma potência científica global. Num discurso este ano, o Presidente Md Xi Jinping Planeja transformar o país em um gigante da ciência e tecnologia até 2035.
Espera-se que Juno seja o primeiro de três observatórios de neutrinos da próxima geração nos próximos 10 anos, tornando-se uma espécie de ponta de lança em uma nova era da física. No Japão, o Observatório Hyper-Kamiokande está programado para ser inaugurado em 2027. E um programa apoiado pelos EUA chamado Deep Underground Neutrino Experiment, ou DUNE, exige um acelerador de partículas para enviar um feixe de neutrinos para o subsolo de Illinois para Dakota do Norte. 2031.
Os três próximos observatórios planeiam utilizar tecnologias diferentes para detectar as partículas, pelo que são ao mesmo tempo complementares e concorrentes. Cada caso envolve extensas colaborações internacionais destinadas a avançar no campo, gerar novas tecnologias derivadas e treinar uma nova onda de cientistas.
“Não é improvável que observemos algo inesperado quando realizarmos estas experiências”, disse Chris Marshall, professor assistente de física na Universidade de Rochester que está a trabalhar no projeto DUNE. “Tentar desvendar esses efeitos complexos… requer vários experimentos que medem as coisas de maneiras diferentes.”
Até certo ponto, a capacidade de cada observatório de responder a questões-chave da física dependerá de quão bem os pesquisadores conseguem trabalhar dentro dos projetos e uns com os outros. Mas há uma preocupação crescente entre alguns cientistas de todo o mundo de que o aumento das tensões geopolíticas entre os Estados Unidos e a China – e o resultante azedume da sua relação científica – possa impedir o progresso.
Nos últimos anos, os EUA adotaram políticas destinadas a impedir que os cientistas chineses levassem para casa a tecnologia baseada nos EUA e que a China caçasse talentos científicos estelares.
Wang disse que os EUA rejeitaram seus pedidos de visto em 2022 e 2023 sem explicação, e que isso limitou o envolvimento dos EUA em Juno.
“Na ciência, a colaboração e a competição são boas, mas não deveria ser apenas competição”, disse ele.
Cientistas baseados nos EUA dizem ter notado novos obstáculos ao trabalho com cientistas chineses.
“Do lado dos EUA, tornou-se mais difícil obter financiamento para colaborações com colegas chineses, e tornou-se mais difícil para os nossos colegas chineses obter vistos dos EUA”, disse Patrick Huber, diretor do Centro de Física de Neutrinos da Virginia Tech, num comunicado. e-mail. .
“Não é impossível colaborar com cientistas chineses – está cada vez mais difícil”, disse Ignacio Taboda, professor de física da Georgia Tech, que ajuda a liderar o observatório de neutrinos existente no Pólo Sul.
Resolvendo o mistério do neutrino
Os dados gerados em Juno podem contribuir muito para resolver mistérios importantes sobre como e por que os neutrinos mudam de forma mais do que outras partículas subatômicas.
Os neutrinos podem oscilar ou transformar-se entre três chamados “sabores” durante a viagem – múon, tau e elétron. Por exemplo, o Sol envia neutrinos de elétrons em direção à Terra, mas às vezes eles chegam como neutrinos de múon. Quando os neutrinos interagem – o que acontece muito raramente – eles adquirem um certo sabor.
Além disso, os cientistas acreditam que os neutrinos viajam como um dos três estados de massa diferentes e que os estados ajudam a determinar a probabilidade de um neutrino interagir como um sabor específico. No entanto, ainda não está claro qual estado tem a maior massa.
Os cientistas também pensam que os neutrinos e os antineutrinos podem transformar-se de forma diferente durante a viagem, e que estas diferenças podem ser responsáveis por parte do desequilíbrio físico entre matéria e antimatéria no Universo.
Nesse caso, aprender mais sobre a massa e as oscilações dos neutrinos e antineutrinos poderia ajudar os pesquisadores a entender se o modelo padrão da física – o livro de regras para partículas e como elas interagem – está faltando páginas ou se partículas ou forças anteriormente desconhecidas podem estar desempenhando um papel invisível. papel. Introdução
“Nossa bela teoria da realidade, o modelo ideal, não é a teoria definitiva”, diz Sergio Bertolucci, físico de partículas italiano e co-porta-voz do DUNE. “Descobrimos que precisamos saber mais sobre os neutrinos para responder a coisas que o modelo padrão não consegue responder”.
Wang quer que Juno vença a corrida para determinar a classificação de massa dos neutrinos – antes dos Estados Unidos e de outros países.
“Queremos apenas ser bons cientistas. Na ciência, ser o primeiro é o mais importante. Ser o segundo não é nada”, disse ele. “Como cientista, não posso ser apenas um seguidor o tempo todo, quero ser eu mesmo.”
Se Juno explicar a história da massa dos neutrinos antes de DUNE ficar online, o projeto liderado pelos EUA será capaz de quantificar a questão de forma diferente e confirmar os resultados de Juno.
O plano do DUNE é medir os neutrinos quando eles saem de uma instalação em Illinois e depois viajam 1.300 quilômetros pela Terra, onde poderão interagir e oscilar. Assim que chegarem a Dakota do Sul e forem detectados, os cientistas deverão ser capazes de comparar a composição dos sabores dos neutrinos no início e no final da viagem. No entanto, o projeto sofreu atrasos e custos excessivos.
“O rico conjunto de dados do JUNO, que será único… desempenhará um papel importante para nos ajudar a determinar a sequência de massa antes de 2030, por si só ou em combinação com outras experiências”, disse Pedro Ochoa-Ricux, um professor. em Física e Astronomia pela Universidade da Califórnia, Irvine.
Vários cientistas por detrás do projecto do observatório de neutrinos admitem, no entanto, que é impossível prever os benefícios práticos e terrestres da investigação. No futuro, sugeriram eles, isso poderia desencadear novas tecnologias, impulsionando inovações na computação com uso intensivo de dados e avançando na ciência dos aceleradores de partículas.
“Se você desenvolver uma vela, nunca desenvolverá uma lâmpada elétrica, então você precisa de um passo. disse Mary Bishai, física de partículas do Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA e co-porta-voz do projeto DUNE. “A pesquisa básica é essencialmente um gerador de isolamento”.
Wang coloca isso de outra forma, atribuindo seu trabalho à pura curiosidade: “Estou engajado em ciência ‘inútil’”, disse ele.
