O Neutrino Mais Energético Já Detectado Pode Ser Primordial

Esta ilustração mostra um neutrião interagindo com a matéria comum e libertando um muão. O muon move-se muito rapidamente, deixando o brilho azul revelador da radiação Cherenkov. O neutrino mais energético já observado foi detectado pelo muão criado. A sua energia era tão grande que os investigadores pensavam que podia ter sido um neutrão cosmogénico elusivo. Mais completo/NSF/IceCube No mundo exótico da física de partículas, os neutrinos podem ser os membros mais misteriosos. Raramente interagem com outra matéria, quase não têm massa, e não têm carga elétrica. Essas características as tornam extremamente difíceis de estudar. Até mesmo detectá-los requer instalações especializadas em cavernas profundas, em grosso gelo da Antártida, ou no fundo do oceano. Um dos principais detectores de neutrinos é o KM3NeT, que representa o Telescópio Cubic Kilometre Neutrino. Está no fundo do mar no Mediterrâneo, e em fevereiro de 2023, detectou o nêutron mais energético já observado. Chama-se KM3-230213A, e sua energia estimada foi 220 PeV (220 x 1015 volts de elétrons ou 220 milhões de bilhões de volts de elétrons). É uma quantidade inacreditável de energia, e desde que foi detectada, os físicos têm tentado determinar a sua fonte. Neutrinos vêm do Universo de alta energia. Este é o reino das supernovas cataclísmicas, explosões de raios gama, kilonovas e outros eventos extraordinariamente energéticos. Só eles têm o poder de transmitir tais energias elevadas às partículas. Mas rastrear KM3-230213A de volta a um destes tem sido um desafio científico. Se a detecção de neutrinos é desafiadora, determinar sua fonte pode ser ainda mais desafiador. Os detectores de Neutrinos não detectam os próprios neutrinos. Em vez disso, detectam partículas secundárias ou radiação cherenkov que vem dos tempos raros em que um neutrino interage com outra matéria. No caso do KM3-230213A, foi um muão que foi detectado. Após uma pesquisa meticulosa sobre o evento de alta energia, pesquisadores associados ao KM3NeT publicaram seus resultados na Nature. A pesquisa é intitulada "Observação de um neutrino cósmico ultra-alta energia com KM3NeT." A Colaboração KM3NeT está listada como o autor. * Esta ilustração mostra KM3NeT, o Telescópio Cubic Kilometre Neutrino. Consiste em cordas de detectores ancoradas no fundo do mar mediterrâneo. Uma massa de detectores são necessários, uma vez que os neutrinos raramente interagem com outra matéria. "Eletricamente neutros e interagindo somente por meio da interação fraca, os neutrinos não são desviados por campos magnéticos e raramente são absorvidos pela matéria interestelar: sua direção indica que sua origem cósmica pode ser dos mais distantes alcances do Universo." Os neutrinos de alta energia têm fontes específicas. Eles são criados quando protões ou núcleos de raios cósmicos ultra-relativísticos interagem com matéria ou fótons. Quando os cientistas observam esses neutrinos, é como olhar para a assinatura do próprio processo, de acordo com os pesquisadores. “Os neutrinos são uma das partículas elementares mais misteriosas. Não têm carga elétrica, quase nenhuma massa e interagem apenas fracamente com a matéria. São mensageiros cósmicos especiais, trazendo-nos informações únicas sobre os mecanismos envolvidos nos fenômenos mais energéticos e permitindo-nos explorar os confins mais distantes do Universo”, explicou Rosa Coniglione em comunicado de imprensa. Coniglione foi o Vice-Presidente da KM3NeT na altura da detecção. Os pesquisadores conseguiram rastrear o neutrino de alta energia de volta para onde veio, mas não exatamente. Seu trabalho revelou quatro tipos de fontes potenciais: galáctica, universo local, origem transitória e extragaláctica. Este número mostra algumas das fontes potenciais para o neutrino de alta energia. A estrela vermelha indica KM3-230213A, e as regiões de erro dentro de R(68%), R(90%) e R(99%) são mostradas com contornos pontilhados, tracejados e sólidos, respectivamente. As direções dos candidatos selecionados são mostradas como marcadores coloridos. As cores e o tipo de marcador indicam o critério segundo o qual a fonte foi selecionada. As fontes são numeradas de acordo com sua proximidade com KM3-230213A. Natureza. Em seu trabalho, os autores nos lembram que a energia em KM3-230213A foi muito maior do que qualquer outra detecção até o momento. Há apenas algumas razões que poderiam ser tão energéticas. Ou se originou de um objeto cósmico diferente de outros neutrinos menos energéticos, ou é um exemplo de neutrinos cosmogênicos. Os neutrinos cosmogênicos são amplamente hipotéticos neste ponto, sem detecção clara. Eles são criados quando raios cósmicos de ultra-alta energia, que são prótons ou núcleos mais pesados viajando a uma velocidade próxima da luz, batem em fótons do Fundo de Micro-ondas Cósmicas, a radiação relíquia do Big Bang. O impacto cria uma cadeia de decaimento e uma inundação em cascata de outras partículas, incluindo neutrinos de energia ultra-alta como KM3-230213A. Os neutrinos cosmogênicos são fascinantes por várias razões. Podem apontar directamente para as suas fontes, que podem ser núcleos galácticos activos, explosões de raios gama, até fusões de galáxias. Como são produzidos ao longo da história do Universo, podem servir como sondas do Universo primitivo. E como eles são muito mais energéticos do que qualquer coisa que podemos produzir e estudar em um acelerador de partículas, estudá-los poderia revelar aspectos da física que estão além do Modelo Padrão. Em suma, são uma verdadeira ciência. Então, KM3-230213A era um neutrino cosmogênico? Fica na faixa de energia que os físicos pensam que os neutrinos cosmogênicos habitam. Já chega? Em seu artigo, os pesquisadores explicam que o evento poderia ser um neutrino cosmogênico, e que a explicação é "Uma hipótese alternativa viável..." Tudo se resume à extraordinária energia do neutrino. "Isto sugere que o neutrino pode ter se originado em um acelerador cósmico diferente dos neutrinos de baixa energia, ou esta pode ser a primeira detecção de um neutrino cosmogênico, resultante das interações de raios cósmicos de ultra-alta energia com fótons de fundo no Universo", escrevem. Por agora, não há uma conclusão clara. Compreender esses neutrinos de alta energia dependerá de futuros observatórios de neutrinos e atualizações para os atuais. O KM3NeT está sendo expandido para incluir mais detectores. Isso tornará mais eficaz não só detectar mais neutrinos, mas determinar com mais precisão suas fontes no cosmos. Evan Gough Evan Gough é um cara que ama ciências sem educação formal que ama a Terra, florestas, caminhadas e música pesada. Ele é guiado pela citação de Carl Sagan: "Compreender é uma espécie de êxtase."