Observat�rio de neutrinos JUNO entra em opera��o
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Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/08/2025
O grande detector esférico do JUNO. À direita, um trabalhador inspecionando o tanque dá uma ideia da dimensão do laboratório.[Imagem: JUNO Collaboration]
Hierarquia de massa dos neutrinos
Após mais de uma década de preparação e construção, o observatório de neutrinos JUNO está com seu tanque totalmente cheio, contendo 20.000 toneladas de cintilador líquido, uma substância que emite luz ao interagir com partículas, permitindo a detecção dos neutrinos.
O JUNO (Observatório Subterrâneo de Neutrinos de Jiangmen) é o primeiro de uma nova geração de experimentos de neutrinos de grande porte a atingir esse estágio. A operação de teste inicial mostrou que os principais indicadores de desempenho atenderam ou superaram as expectativas de projeto, permitindo que o JUNO iniciasse a coleta de dados ontem, 26 de agosto.
O observatório está localizado em Kaiping, na China, a 700 metros de profundidade e uma distância de cerca de 53 km de diversos reatores nucleares, que funcionam como fontes de neutrinos.
O objetivo principal do JUNO será determinar a hierarquia de massa dos neutrinos, ou seja, se o terceiro estado de massa (ν3) é mais pesado que o segundo (ν2).
Os neutrinos são partículas elementares, mas com uma massa tão pequena que é muito difícil de medir. Conhecemos três "sabores" de neutrinos - neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau. Contudo, esses sabores não correspondem diretamente a estados de massa fixos. Em vez disso, os neutrinos que detectamos são uma mistura de três estados de massa diferentes, chamados estados de massa 1, 2 e 3. O objetivo inicial do JUNO será responder como esses três estados de massa se ordenam.
Isso é diferente do objetivo de outro grande observatório de neutrinos, o DUNE, nos EUA, cujo objetivo principal é investigar a violação de simetria CP nos neutrinos, o que pode explicar por que o Universo é feito de matéria e não de antimatéria.
"A conclusão do enchimento do detector JUNO e o início da coleta de dados representam um marco histórico. Pela primeira vez, temos em operação um detector desta escala e precisão dedicado a neutrinos. O JUNO nos permitirá responder a perguntas fundamentais sobre a natureza da matéria e do Universo," disse o professor Yifang Wang, do Instituto de Física de Altas Energias (IHEP) da China.
Dois eventos de neutrino captados durante a fase de comissionamento do observatório (5.7MeV à esquerda e 2.2MeV à direita).[Imagem: JUNO Collaboration]
Como é o observatório de neutrinos
Ao contrário de outros observatórios de neutrinos, a determinação da ordem de massa pelo JUNO é independente dos efeitos da matéria na Terra e, em grande parte, isenta de degenerações de parâmetros. Isso trará melhorias de várias ordens de grandeza na precisão de diversos parâmetros da oscilação dos neutrinos (quando um sabor de neutrino se transmuta em outro) e permitirá estudos sobre neutrinos do Sol, supernovas, da atmosfera e da própria Terra. O observatório também permitirá explorar partes desconhecidas da física, incluindo a busca por neutrinos estéreis e pelo decaimento de prótons.
Foram seis meses para injetar cuidadosamente as 20.000 toneladas de cintilador líquido na esfera de acrílico de 35,4 metros de diâmetro, deslocando a água. Todo o processo visou alcançar requisitos rigorosos de pureza, transparência óptica e radioatividade extremamente baixa. Ao mesmo tempo, a equipe fez a depuração, o comissionamento e a otimização do detector, permitindo uma transição perfeita para a operação completa imediatamente após a conclusão do enchimento.
A esfera com 20.000 toneladas de cintilador está alojada no centro de uma piscina de água com 44 metros de profundidade. Uma estrutura de aço inoxidável com 41,1 metros de diâmetro suporta a esfera de acrílico de 35,4 metros, o cintilador, 20.000 tubos fotomultiplicadores (PMTs) de 20 polegadas, 25.600 PMTs de 3 polegadas, componentes eletrônicos, cabeamento, bobinas de compensação antimagnética e painéis ópticos. Todos os fotomultiplicadores operam simultaneamente para capturar a luz de cintilação das interações dos neutrinos e convertê-la em sinais elétricos.
O JUNO foi projetado para uma vida útil científica de até 30 anos, com uma atualização já planejada para capacitá-lo a procurar também pelo decaimento beta duplo sem neutrinos. Isso permitirá estudar a escala absoluta de massa dos neutrinos e testar se os neutrinos são partículas de Majorana, abordando questões fundamentais que abrangem física de partículas, astrofísica e cosmologia.
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