O Prêmio Nobel de Física deste ano foi concedido a Francis Halzen, da Universidade de Wisconsin-Madison (Estados Unidos), por suas contribuições ao observatório de neutrinos IceCube e pela descoberta de neutrinos de altas energias de origem astrofísica.
Francis Halzen lidera a colaboração IceCube desde sua criação, tendo sido responsável pela concepção e construção do observatório entre 2005 e 2010, além de todo o seu funcionamento desde então.
Acerca das partículas observadas, o professor Luiz Filipe Guimarães, do Departamento de Física da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), explica: “Os neutrinos são partículas neutras e praticamente sem massa, provenientes de reações nucleares, e são extremamente difíceis de serem detectados. Cerca de 100 trilhões de neutrinos de origem solar atravessam nossos corpos a cada segundo, sem interagir com nenhum de nossos átomos. O objetivo do observatório é conseguir detectar os neutrinos indiretamente, através da luz emitida pelos subprodutos carregados da colisão de neutrinos de altas energias com prótons ou nêutrons nucleares do detector”.
O experimento IceCube consiste em 5160 sensores ópticos extremamente sensíveis, capazes de detectar essa luz. Estes detectores estão distribuídos ao longo de um volume de um quilômetro cúbico sob o gelo do Polo Sul, motivo pelo qual recebeu o nome IceCube.
A necessidade de instalá-los no gelo antártico vem do fato de que é preciso observar a luz resultante de colisões com um material. Ou seja, exige-se uma enorme quantidade de material transparente, como água ou gelo. É também necessário um ambiente protegido da radiação proveniente da superfície terrestre, a qual poderia mascarar os resultados. Todas essas condições são satisfeitas no Polo Sul.
Apesar de pouco interagentes, neutrinos são detectados no IceCube diariamente, contabilizando um total de 100 mil detecções anuais. No entanto, a grande maioria destes neutrinos tem origem atmosférica e solar, de baixa energia. Quanto mais energéticos são os neutrinos, mais difícil é detectá-los. Graças ao enorme volume de gelo utilizado e ao arranjo de detectores ópticos sensíveis, o IceCube tem a capacidade de detectar a radiação Cherenkov proveniente dos subprodutos de colisões de energia extremamente alta.
Os neutrinos responsáveis por essas colisões têm origem astrofísica em eventos cataclísmicos, como explosões de supernovas, núcleos ativos de galáxias e blazares. As detecções mais energéticas realizadas pelo IceCube atingiram energias milhares de vezes superiores às alcançadas em grandes aceleradores terrestres (como o Grande Colisor de Hádrons do CERN, na Europa). São também superiores às energias dos neutrinos provenientes da supernova SN 1987A, localizada na Grande Nuvem de Magalhães, que até então havia sido a única detecção de neutrinos extragalácticos. A exemplo desse marco histórico, os eventos mais extremos registrados pelo IceCube têm origem extragaláctica.
Alguns desses eventos também são observáveis por meio de telescópios convencionais no espectro da luz visível, além de detectores de raios gama, raios cósmicos e ondas gravitacionais. Por meio dessas observações de diferentes naturezas, é possível extrair informações valiosas a respeito da física que rege esses grandes aceleradores astrofísicos de partículas. O IceCube é, portanto, um instrumento científico imprescindível para o avanço da astronomia de multimensageiros e das pesquisas sobre fenômenos de altíssimas energias.
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Texto: Rodrigo Gonçalves e Luiz Felipe Guimarães, docentes do Departamento de Física da UFRRJ.
Fotos: Divulgação.
