Neutrinos procurados há muito tempo respondem questões sobre o Sol

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Artigo traduzido de Nature. Autor: Ron Cowen.

Após décadas de procura, os físicos finalmente confirmaram a existência de neutrinos de baixa energia que são a evidência direta da primeira etapa crucial da reação nuclear que faz o Sol brilhar. Embora a detecção valida a teoria de fusão estelar já bem estabelecida, futuras versões mais sensíveis do experimento poderão procurar desvios da teoria que podem revelar uma nova física.

A conversão de hidrogênio em hélio é a fonte de 99% da energia do Sol. O processo de várias etapas começa quando o núcleo quente e denso da estrela aperta dois prótons juntos para formar o deutério, um isótopo pesado do hidrogênio com um núcleo composto de um próton e um nêutron. Um dos prótons fundidos em seguida, se transforma em um nêutron, e esse processo libera um neutrino e um pósitron (a antimatéria do elétron).

Enquanto os pósitrons são quase instantaneamente aniquilados em colisões com elétrons, os neutrinos correm através da matéria e continuam ilesos, por isso eles escapam direto para o espaço exterior, irradiando em todas as direções a velocidades próximas à da luz. Outras reações nucleares no Sol também produzem neutrinos, e 100 bilhões de partículas bombardeiam cada centímetro quadrado da Terra a cada segundo. A reação próton-próton é responsável por 90% de todos os neutrinos solares, mas os neutrinos emitem relativamente pouca energia, e seu sinal pode ser inundado pelo decaimento radioativo de materiais terrestres comuns. Assim, apesar de neutrinos solares de alta energia terem sido detectados desde os anos 1960, os neutrinos da reação próton-próton haviam escapado da detecção até agora.

Agora, o detector Borexino, abrigado sob mais de um quilômetro de rocha no Gran Sasso National Laboratory perto de L’Aquila, na Itália, conseguiu detectar os neutrinos da reação próton-próton no núcleo solar. O físico Andrea Pocar da Universidade de Massachusetts Amherst e seus colaboradores relatam os achados na Nature.

Embora os físicos solares tenham uma compreensão geral de reações nucleares do Sol, eles poderiam ter sido enganados sobre quais reações ocorrem e sua importância relativa. Isso teria deixado a questão de como o Sol brilha incompletamente respondida, diz Michael Smy, um físico de neutrinos da Universidade da Califórnia, em Irvine. Por este motivo, a detecção direta dos neutrinos pela colaboração Borexino “é um marco”, diz ele.

Luz da estrela, brilho da estrela

A descoberta não apenas confirma como cerca de 90% das estrelas da Via Láctea – incluindo aquelas semelhante ao Sol, mas também muitas que são menos massivas – geram a maior parte de sua energia, mas também fornece um retrato quase instantâneo do núcleo solar, uma vez que os neutrinos chegam a Terra apenas 8 minutos depois de serem criados.

O núcleo do experimento Borexino apresenta um recipiente de nylon contendo 278 toneladas de um líquido puríssima tipo benzeno que emite flashes de luz quando os elétrons são dispersados por neutrinos. O líquido deriva de uma fonte de óleo bruto quase desprovido de carbono-14 radioativo, que pode ocultar o sinal do neutrino. O fluido detector é cercado por 889 toneladas de líquido não-cintilante que protege a embarcação da radiação falsa emitida pelos 2212 detectores de luz do experimento.

O Borexino pode medir o fluxo de neutrinos de baixa energia com uma precisão de 10%. Futuros experimentos poderão trazer essa precisão para 1%, proporcionando um teste exigente de previsões teóricas e, portanto, potencialmente descobrir uma nova física.

Por exemplo, pequenos desequilíbrios entre a taxa de produção de energia indicada pela detecção de neutrinos e a energia de fótons da luz solar que atinge a Terra poderiam significar a presença de matéria escura, o material invisível hipotético que representa a maior parte da massa no Universo, diz o astrofísico Aldo Serenelli do Instituto de Ciências Espaciais em Bellaterra, Espanha. Os experimentos podem também ser capazes de testar o quão bem os modelos descrevem a transformação de neutrinos do elétron em dois outros tipos – neutrinos do tau e neutrinos do múon – quando eles viajam a partir do núcleo solar.

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