SHINE ilumina feixes de neutrinos

O experimento NA61 do CERN, também conhecido como SHINE, fez novas medições que ajudarão os físicos a descobrir o conteúdo dos feixes de neutrinos usados ​​em experimentos nos EUA

7 de junho de 2023

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Por Ana Lopes

A sala experimental onde está localizado o NA61/SHINE (Imagem: CERN)

Na época do Big Bang, 13,8 bilhões de anos atrás, acredita-se que cada partícula de matéria tenha sido produzida junto com uma antimatéria equivalente a carga elétrica oposta. Mas no Universo atual, há muito mais matéria do que antimatéria. Por que isso acontece é uma das maiores questões da física.

A resposta pode estar, pelo menos em parte, nas partículas chamadas neutrinos, que não têm carga elétrica, são quase sem massa e mudam de identidade – ou “oscilam” – de um dos três tipos para outro conforme viajam pelo espaço. Se os neutrinos oscilassem de maneira diferente de seus equivalentes de antimatéria, os antineutrinos, eles poderiam ajudar a explicar o desequilíbrio matéria-antimatéria no Universo.

Experimentos em todo o mundo, como o experimento NOvA nos EUA, estão investigando essa possibilidade, assim como os experimentos de próxima geração, incluindo o DUNE. Nesses experimentos de oscilação de neutrinos de linha de base longa, um feixe de neutrinos é medido depois de percorrer uma longa distância – a linha de base longa. O experimento é então executado com um feixe de antineutrinos, e o resultado é comparado com o do feixe de neutrinos para ver se as duas partículas gêmeas oscilam de maneira semelhante ou diferente.

Essa comparação depende de uma estimativa do número de neutrinos nos feixes de neutrinos e antineutrinos antes de viajarem. Esses feixes são produzidos disparando feixes de prótons em alvos fixos. As interações com o alvo criam outros hádrons, que são focalizados por meio de "chifres" magnéticos e direcionados para longos túneis nos quais se transformam em neutrinos e outras partículas. Mas neste processo de várias etapas, não é fácil calcular o conteúdo de partículas dos feixes resultantes – incluindo o número de neutrinos que eles contêm – que depende diretamente das interações próton-alvo.

Entre no experimento NA61 no CERN, também conhecido como SHINE. Usando feixes de prótons de alta energia do Super Proton Synchrotron e alvos apropriados, o experimento pode recriar as interações próton-alvo relevantes. O NA61/SHINE já havia feito medições de hádrons eletricamente carregados que são produzidos nas interações e produzem neutrinos. Essas medições ajudaram a melhorar as estimativas do conteúdo dos feixes de neutrinos usados ​​em experimentos de linha de base longa existentes.

A colaboração NA61/SHINE lançou agora novas medições de hádrons que ajudarão a melhorar ainda mais essas estimativas. Desta vez, usando um feixe de prótons com uma energia de 120 GeV e um alvo de carbono, a colaboração mediu três tipos de hádrons eletricamente neutros que decaem em hádrons carregados produtores de neutrinos.

Essa interação próton-carbono de 120 GeV é usada para produzir o feixe de neutrinos do NOvA e provavelmente também será usado para criar o feixe do DUNE. As estimativas dos números dos diferentes hádrons neutros produtores de neutrinos que a interação produz dependem de simulações de computador, cuja saída varia significativamente, dependendo dos detalhes físicos subjacentes.

"Até agora, as simulações para experimentos de neutrinos que usam essa interação dependiam de extrapolações incertas de medições mais antigas com diferentes energias e núcleos-alvo. Essa nova medição direta da produção de partículas de prótons de 120 GeV no carbono reduz a necessidade dessas extrapolações", disse. explica o vice-porta-voz do NA61/SHINE, Eric Zimmerman.

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Quer saber mais sobre neutrinos? Junte-se ao CERN, Fermilab e Sanford Underground Research Facility (SURF) para uma transmissão ao vivo interativa em 15 de junho às 18h CEST.