Sob o Monte Ikeno, no Japão, em uma mina antiga que fica a mil metros (3.300 pés) abaixo da superfície, fica o Observatório Super-Kamiokande (SKO). Desde 1996, quando começou a realizar observações, os pesquisadores usam o detector Cherenkov desta instalação para procurar sinais de decaimento de prótons e neutrinos em nossa galáxia. Esta não é uma tarefa fácil, uma vez que os neutrinos são muito difíceis de detectar.
Mas, graças a um novo sistema de computador que será capaz de monitorar neutrinos em tempo real, os pesquisadores do SKO poderão pesquisar essas partículas de mistérios mais de perto no futuro próximo. Ao fazer isso, eles esperam entender como as estrelas se formam e eventualmente colapsam em buracos negros, e dão uma espiada em como a matéria foi criada no início do Universo.
Os neutrinos, de maneira simples, são uma das partículas fundamentais que compõem o Universo. Comparados a outras partículas fundamentais, eles têm muito pouca massa, sem carga, e só interagem com outros tipos de partículas através da fraca força e gravidade nuclear. Eles são criados de várias maneiras, principalmente através de decaimento radioativo, as reações nucleares que alimentam uma estrela e nas supernovas.
De acordo com o modelo padrão do Big Bang, os neutrinos que sobraram da criação do Universo são as partículas mais abundantes existentes. A qualquer momento, acredita-se que trilhões dessas partículas estejam se movendo à nossa volta e através de nós. Mas, devido à maneira como eles interagem com a matéria (ou seja, apenas fracamente), eles são extremamente difíceis de detectar.
Por esse motivo, observatórios de neutrinos são construídos no subsolo para evitar interferências dos raios cósmicos. Eles também contam com os detectores Cherenkov, que são essencialmente tanques de água enormes, com milhares de sensores nas paredes. Eles tentam detectar partículas à medida que diminuem a velocidade da luz local (ou seja, a velocidade da luz na água), o que é evidenciado pela presença de um brilho - conhecido como radiação Cherenkov.
O detector no SKO é atualmente o maior do mundo. Consiste em um tanque de aço inoxidável cilíndrico com 41,4 m de altura e 39,3 m de diâmetro e capacidade para mais de 45.000 toneladas (50.000 toneladas) de água ultra-pura. No interior, 11.146 tubos fotomultiplicadores são montados, os quais detectam luz nas faixas ultravioleta, visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético com extrema sensibilidade.
Durante anos, os pesquisadores do SKO usaram a instalação para examinar neutrinos solares, neutrinos atmosféricos e neutrinos feitos pelo homem. No entanto, aqueles criados por supernovas são muito difíceis de detectar, pois parecem repentinamente e difíceis de distinguir de outros tipos. No entanto, com o sistema de computador recém-adicionado, os pesquisadores do Super Komiokande esperam que isso mude.
Como Luis Labarga, físico da Universidade Autônoma de Madri (Espanha) e membro da colaboração, explicou em recente declaração ao Serviço de Notícias Científicas (SINC):
“As explosões de supernovas são um dos fenômenos mais energéticos do universo e a maior parte dessa energia é liberada na forma de neutrinos. É por isso que detectar e analisar neutrinos emitidos nesses casos, além dos do Sol ou de outras fontes, é muito importante para entender os mecanismos na formação de estrelas de nêutrons - um tipo de remanescente estelar - e buracos negros ”.
Basicamente, o novo sistema de computador é projetado para analisar os eventos registrados nas profundezas do observatório em tempo real. Se detectar um fluxo anormalmente grande de neutrinos, alertará rapidamente os especialistas que controlam os controles. Eles serão capazes de avaliar a importância do sinal em minutos e ver se ele realmente é proveniente de uma supernova próxima.
"Durante as explosões de supernovas, um número enorme de neutrinos é gerado em um espaço extremamente pequeno de tempo - alguns segundos - e é por isso que precisamos estar prontos", acrescentou Labarga. "Isso nos permite pesquisar as propriedades fundamentais dessas partículas fascinantes, como suas interações, sua hierarquia e o valor absoluto de sua massa, sua meia-vida e certamente outras propriedades que ainda não conseguimos imaginar".
Igualmente importante é o fato de que esse sistema dará ao SKO a capacidade de emitir alertas precoces para centros de pesquisa em todo o mundo. Observatórios terrestres, onde os astrônomos desejam assistir à criação de neutrinos cósmicos por supernova, poderão apontar todos os seus instrumentos ópticos para a fonte com antecedência (já que o sinal eletromagnético levará mais tempo para chegar).
Através desse esforço colaborativo, os astrofísicos poderão entender melhor alguns dos neutrinos mais esquivos de todos. Discernir como essas partículas fundamentais interagem com outras pessoas pode nos aproximar de uma Grande Teoria Unificada - um dos principais objetivos do Observatório Super-Kamiokande.
Até o momento, existem apenas alguns detectores de neutrinos no mundo. Isso inclui o detector Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) em Ohio, o Observatório de Subdury Neutrino (SNOLAB) em Ontário, Canadá e o Observatório Super Kamiokande no Japão.