Escondido a 1 km de profundidade sob o Monte Ikeno, na mina de zinco Kamioka, 290 km ao norte de Tóquio (Japão), há um lugar que qualquer supervilão de qualquer filme ou história de super-herói sonharia como seu covil. Aqui está o "Super-Kamiokande" (ou "Super-K") - um detector de neutrino. Neutrinos são partículas fundamentais subatômicas que interagem muito fracamente com a matéria comum. Eles são capazes de penetrar em absolutamente tudo e em todos os lugares. A observação dessas partículas fundamentais ajuda os cientistas a encontrar estrelas em colapso e aprender novas informações sobre o nosso universo. O Business Insider conversou com três funcionários da estação Super-Kamiokande e descobriu como tudo funciona aqui e quais experimentos os cientistas estão conduzindo aqui.
Mergulhando em um mundo subatômico
Os neutrinos são muito difíceis de detectar. Tão difícil que o famoso astrofísico americano e divulgador da ciência Neil DeGrasse Tyson certa vez os chamou de "as presas mais esquivas do espaço".
“A matéria não representa nenhum obstáculo para os neutrinos. Essas partículas subatômicas são capazes de passar por centenas de anos-luz de metal e nem mesmo desacelerar”, disse Degrass Tyson.
Mas por que os cientistas estão tentando capturá-los?
“Quando ocorre uma explosão de supernova, a estrela entra em colapso e se transforma em um buraco negro. Se este evento ocorrer em nossa galáxia, detectores de neutrinos como o mesmo "Super-K" serão capazes de capturar os neutrinos emitidos como parte desse processo. Existem poucos detectores no mundo”, explica Yoshi Uchida, do Imperial College London.
Antes do colapso da estrela, ela lança neutrinos em todas as direções do espaço, e laboratórios como o Super-Kamiokande servem como sistemas de alerta precoce que dizem aos cientistas para que direção olhar para ver os últimos momentos da vida das estrelas.
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“Cálculos simplificados dizem que os eventos de uma explosão de supernova no raio em que nossos detectores podem detectá-los, ocorrem apenas uma vez a cada 30 anos. Ou seja, se você perder um, terá que esperar várias décadas em média até o próximo evento”, afirma Uchida.
O detector de neutrinos Super-K não detecta apenas neutrinos que o atingem diretamente do espaço. Além disso, neutrinos são transmitidos a ele a partir da instalação experimental T2K localizada na cidade de Tokai, na parte oposta do Japão. O feixe de neutrinos enviado tem que viajar cerca de 295 quilômetros, após os quais entra no detector Super-Kamiokande localizado na parte oeste do país.
Observar como os neutrinos mudam (ou oscilam) à medida que viajam pela matéria pode dizer aos cientistas mais sobre a natureza do universo, como a relação entre matéria e antimatéria.
“Nossos modelos de Big Bang sugerem que matéria e antimatéria tiveram que ser criadas em proporções iguais”, disse Morgan Vasco, do Imperial College London, ao Business Insider.
“Porém, a parte principal da antimatéria, por um motivo ou outro, desapareceu. Há muito mais matéria comum do que antimatéria."
Os cientistas acreditam que o estudo dos neutrinos pode ser uma das maneiras pelas quais a resposta a esse enigma será finalmente encontrada.
Como Super Kamiokande captura neutrinos
Localizado a 1.000 metros abaixo do solo, Super Kamiokande é algo assim, do tamanho de um prédio de 15 andares.
Esquema do detector de neutrino Super-Kamiokande.
Um enorme tanque de aço inoxidável em forma de cilindro é preenchido com 50 mil toneladas de água especialmente purificada. Ao passar por essa água, o neutrino se move à velocidade da luz.
“Os neutrinos que entram no reservatório produzem luz em um padrão semelhante ao do Concorde que quebrou a barreira do som”, diz Uchida.
“Se o avião está se movendo muito rapidamente e quebra a barreira do som, uma onda de choque muito poderosa é criada por trás dele. Da mesma forma, os neutrinos que passam pela água e se movem mais rápido que a velocidade da luz criam uma onda de choque leve”, explica o cientista.
Existem pouco mais de 11.000 "lâmpadas" douradas especiais instaladas nas paredes, teto e fundo do tanque. Eles são chamados de fotomultiplicadores e são muito sensíveis à luz. São eles que captam essas ondas de choque leves criadas pelos neutrinos.
Os fotomultiplicadores são assim.
Morgan Vasco as descreve como "lâmpadas traseiras". Esses dispositivos são tão supersensíveis que, mesmo com a ajuda de um único quantum de luz, são capazes de gerar um impulso elétrico, que é então processado por um sistema eletrônico especial.
Não beba água, você vai virar criança
Para que a luz das ondas de choque geradas pelos neutrinos atinja os sensores, a água no tanque deve ser cristalina. Tão limpo que você nem consegue imaginar. Na Super-Kamiokanda, passa por um processo constante de limpeza especial em vários níveis. Os cientistas até o irradiam com luz ultravioleta para matar todas as bactérias possíveis nele. Como resultado, ela se torna tal que já sente horror.
“Água ultra-purificada pode dissolver qualquer coisa. Água ultra-purificada é uma coisa muito, muito desagradável aqui. Tem propriedades ácidas e alcalinas”, diz Uchida.
“Até uma gota dessa água pode te causar tantos problemas que você nunca sonhou”, acrescenta Vasco.
As pessoas navegam em um barco dentro do reservatório Super-Kamiokande.
Caso seja necessário fazer manutenção dentro do tanque, por exemplo, para substituir sensores com falha, os pesquisadores devem utilizar um barco de borracha (foto acima).
Quando Matthew Malek era um estudante de graduação na Universidade de Sheffield, ele e dois outros alunos tiveram "sorte" de realizar um trabalho semelhante. No final do dia de trabalho, quando era hora de subir, uma gôndola suspensa especialmente projetada quebrou. Os físicos não tiveram escolha a não ser voltar aos barcos e esperar que fossem consertados.
“Não entendi imediatamente, quando estava deitado de costas neste barco e conversando com outras pessoas, como uma minúscula parte do meu cabelo, literalmente não mais do que três centímetros de comprimento, tocou essa água”, diz Malek.
Enquanto eles flutuavam dentro do Super-Kamiokande e os cientistas no andar de cima consertavam a gôndola, Malek não estava preocupado com nada. Ele ficou preocupado na manhã seguinte, percebendo que algo terrível havia acontecido.
“Acordei às 3 da manhã com uma coceira insuportável na cabeça. Foi provavelmente a pior coceira que já experimentei na minha vida. Pior do que a catapora, que tive quando criança. Foi tão terrível que simplesmente não consegui dormir mais”, continuou o cientista.
Malek percebeu que uma gota d'água atingindo a ponta de seu cabelo “secou” todos os nutrientes deles e sua deficiência atingiu seu crânio. Ele correu para o chuveiro com pressa e ficou mais de meia hora lá, tentando colocar o cabelo para trás.
Outra história foi contada pelo Vasco. Ele ouviu dizer que em 2000, durante a manutenção, o pessoal tirou água do tanque e encontrou o contorno de uma chave inglesa no fundo.
“Aparentemente, essa chave foi acidentalmente deixada por um dos funcionários quando eles encheram o tanque com água em 1995. Depois de liberar água em 2000, eles descobriram que a chave havia se dissolvido."
Super-Kamiokande 2.0
Apesar do "Super-Kamiokande" já ser um detector de neutrinos muito grande, os cientistas propuseram a criação de uma instalação ainda maior chamada "Hyper-Kamiokande".
“Se conseguirmos a aprovação para a construção do Hyper-Kamiokande, o detector estará pronto para operar por volta de 2026”, afirma Vasco.
De acordo com o conceito proposto, o detector Hyper-Kamiokande será 20 vezes maior que o Super-Kamiokande. Está planejado o uso de cerca de 99.000 fotomultiplicadores.
Nikolay Khizhnyak
