Um novo detector sobrevoará a Antártica para encontrar as partículas “fantasmas” de maior energia do Universo

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O gelo da Antártica como detector de partículas fantasmas de alta energia: o experimento da Nasa que visa desvendar os mistérios do Universo está em andamento. O trabalho será liderado por um grupo de pesquisa internacional com cientistas de 12 organizações, liderado pela Universidade de Chicago (EUA).

Um projeto de US $ 20 milhões construirá um instrumento para voar sobre a Antártica em um balão, com lançamento em dezembro de 2024, e utilizará essencialmente o gelo como um detector gigante.

Os cientistas estão procurando em particular por neutrinos, muitas vezes chamados de “partículas fantasmas” porque raramente interagem com a matéria: trilhões de bilhões passam por nossos corpos a cada segundo de uma forma completamente inofensiva.

E, porque eles podem viajar distâncias enormes sem serem distorcidos ou desviados, os neutrinos podem ser pistas únicas para o que está acontecendo em outras partes do Universo, incluindo colisões cósmicas, galáxias e os buracos negros nos quais são criados.

Procuramos os neutrinos de maior energia do Universo – explica Abby Vieregg, chefe do projeto – Eles são produzidos nos locais mais energéticos e extremos do cosmos e oferecem um olhar único para esses locais. Encontrar um ou mais deles pode nos fazer aprender coisas completamente novas sobre o cosmos […]. Neutrinos são uma bela maneira de olhar o cosmos, porque eles viajam desimpedidos pelo espaço. Eles podem vir de longe e não se confundem ao longo do caminho, por isso indicam de onde vieram

Os cientistas já detectaram algumas dessas partículas do espaço sideral entrando na atmosfera da Terra. Mas eles acham que há muitos outros por aí carregando energias extraordinariamente altas, várias ordens de magnitude maiores do que até mesmo as partículas aceleradas do Grande Colisor de Hádrons , que nunca foram detectadas e que podem nos contar sobre os eventos mais extremos no Universo .

Mas, devido a sua extrema dificuldade de interação, um grande detector seria necessário para tentar capturar alguns deles. O projeto então pensou em usar um já existente: a enorme massa de gelo da Antártica.

A calota polar é perfeita: um bloco homogêneo, denso e radiolúcido que se estende por milhões de quilômetros quadrados – explica Vieregg – É quase como se o tivéssemos projetado.

 

© Universidade de Chicago

Se um desses neutrinos altamente energéticos cruzar a Terra, há de fato a possibilidade de que colida com um dos átomos dentro da camada de gelo da Antártica e que essa colisão produza ondas de rádio capazes de cruzar o gelo.

Mas para que este sinal seja efetivamente “ouvido”, é necessário equipamento feito pelo homem: os cientistas construirão em particular um detector de rádio conectado a um balão de alta altitude, que será lançado pela NASA e viajará sobre a Antártica a 120.000 pés de altura. (mais de 36 mil metros).

O projeto inovador se chama Pueo, sigla para Payload for Ultrahigh Energy Observations (o nome é da única coruja viva nativa do Havaí, onde nasceu o experimento anterior) e fará parte da missão Anita, com sede na Universidade do Havaí, que sobrevoou a Antártica a bordo de balões da NASA quatro vezes entre 2006 e 2016 para procurar neutrinos semelhantes.

No entanto, o detector Pueo será muito mais poderoso, aproveitando o poder de uma técnica chamada interferometria , que combina sinais de vários telescópios. O projeto, portanto, será preenchido com antenas de rádio e um sistema central de aquisição de dados irá mesclar e analisar esses sinais para criar um sinal mais forte , o que seria um salto significativo, pois ajudaria os cientistas a discriminar sinais importantes do ruído vindo de todas as direções.

© Christian Miki / Universidade do Havaí via Universidade de Chicago

Há Terabytes de dados entrando no detector a cada minuto e esperamos que no máximo alguns eventos em bilhões sejam um neutrino – explica Cosmin Deaconu, que está trabalhando no software Pueo – Não é possível gravar todos esses dados no disco, então temos que projetar um programa para decidir rapidamente quais sinais manter e quais descartar.

Nos próximos meses, a equipe construirá protótipos e finalizará o design. Assim que o layout estiver finalizado, pequenas equipes em instituições de todo o país construirão partes do instrumento, que serão montadas e testadas na Universidade de Chicago. De lá, Pueo será enviado para uma instalação da NASA no Texas para o teste final antes de ser enviado para a estação de lançamento na Antártica.

Dependendo das condições meteorológicas, o detector pode voar por um mês ou mais, coletando dados e retransmitindo-os ao solo, onde os cientistas irão examiná-los em busca de evidências da primeira detecção de neutrinos de alta energia.

É um experimento de pesquisa, o que significa que nada é garantido – especifica cautelosamente Michael Garcia, chefe do programa que financia o projeto – Mas todas as pistas dizem que há algo lá fora para coletar e até mesmo alguns neutrinos seriam uma descoberta científica extraordinária.

Resta esperar dezembro de 2024.

Fonte: Universidade de Chicago

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