Descobrir as forças fundamentais do universo - A tecnologia de vácuo na exploração do universo

Descobrir as forças fundamentais do universo - A tecnologia de vácuo na exploração do universo

2.100 metros abaixo da superfície da Terra, os físicos do SNOLAB procuram os pequenos e elusivos blocos de construção do universo: os neutrinos.
WoV-Snolab.jpg

Os neutrinos são partículas elementares eletricamente neutras, que colidem pelo espaço praticamente à velocidade da luz. Uma vez que não têm carga elétrica, praticamente não interagem com a matéria e, por conseguinte, passam por ela  quase livre de obstáculos. Isto lhes permite viajar grandes distâncias e chegar à terra vindos das galáxias mais remotas. No entanto, devido à sua natureza elusiva, são particularmente difíceis de pesquisar.

Detecção com sinais intermitentes de luz

Para capturar estas minúsculas partículas elementares, os pesquisadores deslocaram-se para o subterrâneo. O laboratório de física SNOLAB fica localizado numa mina de níquel na cidade canadense de Sudbury (Ontário). Aqui, os cientistas têm acesso a uma sala esterelizada, com 5000 metros quadrados, enquanto a camada de 2100 metros de rocha protege o laboratório contra a radiação cósmica – os neutrinos são as únicas partículas que conseguem penetrar este escudo. No centro da instalação está o detetor de neutrinos, que consiste de um tanque de acrílico esférico com um diâmetro de 12 metros.

No âmbito dos experimentos que são atualmente realizados sob a designação SNO+, este tanque é enchido com 800 toneladas métricas de um líquido especial constituído por alquilbenzeno linear hidrocarboneto (LAB). Este líquido emite raios UV quando é agitado por radiação ionizante. Por sua vez, a luz UV estimula um corante dissolvido no líquido que, em seguida, ganha uma cor azul fluorescente. Quando passam pelo líquido, todos os neutrinos que se aproximam o suficiente do seu núcleo atômico para ativar uma interação geram, desta forma, pequenos sinais intermitentes de luz. Estes sinais são detectados através de sensores de elevada sensibilidade que contornam o tanque.

Para garantir que as partículas subatômicas sejam corretamente detectadas, é necessário remover do LAB todas as substâncias indesejáveis. Este processo é realizado através da tecnologia de vácuo. Com o auxílio de bombas de vácuo, uma pressão negativa de 20 milibares é gerada no sistema de limpeza. A uma temperatura de 238 graus, são removidos do líquido até os mais ínfimos vestígios de metais pesados, num processo de destilação multifásico. Em seguida é passado vapor de água e nitrogênio pelo líquido, numa coluna de desabsorção, novamente sob vácuo. Este processo expele os gases rádon, crípton, árgon e oxigênio, e regula o teor de umidade do líquido. Os condensadores posicionados nas saídas de ar das bombas de vácuo garantem a exatidão da recuperação dos vapores. Aqui, os gases de escape do processo de limpeza são arrefecidos, liquefeitos e introduzidos nos vasos coletores.

Prêmio Nobel pela pesquisa dos neutrinos

Nos novos experimentos do SNO+, o LAB substitui a água pesada com a qual o tanque se encontrava cheio durante o projeto SNO original. O líder do experimento do SNO, Arthur McDonald, foi premiado por estas primeiras investigações com o prêmio Nobel de física em 2015. Entre 1999 e 2006, ele usou esta água pesada para pesquisar os neutrinos produzidos no sol através da fusão nuclear. No entanto, os resultados não corresponderam às previsões do modelo padrão de física, que tinham assumido previamente que os neutrinos não tinham massa.

Em vez disso, os desvios descobertos foram explicados com a teoria alternativa de oscilação de neutrinos: Os três diferentes tipos de neutrinos (elétron, múon e tau) conseguem transformar-se uns nos outros. No entanto, isto apenas é possível se tiverem massa, independentemente do quão pequenos possam ser.

Comparada com a experiência original com água pesada, a interação dos neutrinos com o LAB emite uma quantidade significativa de luz. O principal objetivo das novas pesquisas foi investigar o processo contencioso da deterioração beta dupla em neutrinos, ao passo que o líquido LAB também pode ser utilizado para examinar neutrinos solares próton-elétron-próton (PEP). Entre os restantes objetivos, inclui-se a detecção de geo-neutrinos a partir dos processos de deterioração radioativa na Terra e também neutrinos reatores provenientes das reações de fissão nuclear. Também seria possível detectar neutrinos de supernovas se ocorresse uma supernova na nossa galáxia. Com as medições de neutrinos, os pesquisadores esperam obter mais conhecimentos sobre as forças fundamentais do universo.

O Snolab utiliza a tecnologia de vácuo da Busch desde 2012.


Inscreva-se e receba a newsletter "World of Vacuum!"
Inscreva-se já para se manter atualizado com as mais recentes e fascinantes notícias do mundo do vácuo.

INSCREVER-SE