Detector subterrâneo ajudará a estudar neutrinos e buracos negros

Projeto de detectores

Até 2022, os cientistas americanos planejam lançar um novo detector de neutrinos - o Deep Underground Neutrino Experiment ( DUNE ). Ele ficará localizado no subsolo da antiga mina de ouro Homestake, em Dakota do Sul. Usando esse detector, os físicos estudarão as propriedades dos neutrinos - gerados artificialmente e emitidos por uma estrela durante seu colapso em um buraco negro.

Na década de 1960, o astrofísico Raymond Davis já abrigava um laboratório para observação de neutrinos solares na mina. O próximo detector será muito mais poderoso. Vários quilotons de argônio líquido em um recipiente com um diâmetro de cerca de 12 m irão interagir com os neutrinos que voam através dele.

Basicamente, serão partículas emitidas pelo Laboratório Nacional de Aceleradores, batizado em homenagem a Enrico Fermi, também conhecido como Fermilab . Está localizado a 1300 km do futuro detector DUNE. Mas parte do tempo está planejada para o estudo dos neutrinos cósmicos.

Embora os teóricos calculem há muito tempo em geral como os buracos negros devem se formar, ninguém jamais observou esse processo. Sabe-se que um buraco negro pode se formar após o colapso de uma estrela com massa superior a oito solar. Mas como exatamente isso acontece? Em que ponto uma estrela se torna um buraco negro? Com que frequência as estrelas se transformam em buracos negros? Em vez disso, a explosão pode terminar na formação de uma estrela de nêutrons.

Sabe-se que no momento do colapso de uma estrela, um poderoso fluxo de neutrinos deve emergir, que será capaz de deixar o local do acidente antes que a gravidade atinja valores críticos. Depois disso, nada pode escapar além dos limites do buraco negro. Como resultado, o padrão de uma poderosa explosão no fluxo de neutrinos, que então quebra abruptamente, deve ser fixado no detector. Essa deve ser a impressão do nascimento de um novo buraco negro.

A única explosão de supernova registrada pelos detectores de neutrinos ocorreu em 1987. Infelizmente, os dados da explosão não foram suficientes, então não se sabe o que aconteceu depois disso - se um buraco negro ou uma estrela de nêutrons se formou. Se esse evento não acontecer muito longe de nós, o detector DUNE, de acordo com o representante do projeto Mark Thompson, será capaz de detectar até 10.000 neutrinos.

Existem três tipos de neutrinos, cada um com uma antipartícula - esses são neutrinos eletrônicos, muônicos e tau. Os detectores de neutrinos existentes são capazes de detectar antineutrinos eletrônicos. O futuro DUNE será o único capaz de capturar neutrinos de elétrons através do uso de argônio ”, explica Kate Scholberg, professora de física da Duke University.

Obviamente, quanto mais detectores detectam uma explosão de supernova, mais aprendemos sobre esse incrível processo. Na China, os cientistas estão trabalhando agora em um detector JUNO; no Japão, planejam construir um grande detector Hyper-K; na Rússia, aumentam gradualmente a potência do telescópio de neutrinos do mar profundo de Dubna . Se todos esses dispositivos puderem pegar as conseqüências de um colapso relativamente curto, será uma celebração para os cientistas.

Além disso, o novo detector pode dar respostas a perguntas sobre a natureza dos próprios neutrinos. Com sua ajuda, será possível estudar sua oscilação e, possivelmente, responder à pergunta se eles são férmions de Majorana - ou seja, suas próprias antipartículas.

Source: https://habr.com/ru/post/pt384145/