LHC regista primeiras observações de neutrinos criados em colisões de partículas

Até agora nunca tinham sido detetados diretamente neutrinos produzidos em colisões de partículas em aceleradores, mas o quadro mudou com as experiências SND@LHC e FAZER, iniciadas com a entrada em funcionamento do Run 3 do LHC, no CERN.

High-Luminosity LHC · CERN | Claudia Marcelloni

Iniciadas no último verão, com a entrada em funcionamento do Run 3, as novas experiências do Large Hadron Collider (LHC), SND@LHC e FASER, foram protagonistas da primeira observação de neutrinos produzidos em colisões de partículas num acelerador.

Embora sejam produzidos abundantemente nas colisões do LHC, os neutrinos interagem muito fracamente com a matéria, atravessando detetores gigantes, como os das experiências ATLAS e CMS, sem serem vistos.

Até agora nunca tinham sido detetados diretamente neutrinos produzidos em colisões de partículas em aceleradores, mas o quadro mudou. A colaboração FASER observou neutrinos do muão, e ainda eventos candidatos a neutrinos de eletrões. Já SND@LHC mostrou oito eventos candidatos a neutrinos do muão.

Clique nas imagens para mais detalhes sobre o LHC

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Mas como podem estes detetores relativamente pequenos apanhar neutrinos capazes de atravessar uma enorme quantidade de matéria sem serem parados? As novas experiências cobrem regiões angulares muito mais próximas da direção dos feixes do que as grandes experiências do LHC, explica em comunicado o Laboratório de Instrumentação e Partículas (LIP).

“Em termos simples, aqui o número de neutrinos que sai da região de colisão é tão elevado que, mesmo que a probabilidade de interação de cada um deles seja muito baixa, após algum tempo seremos capazes de detetar pelo menos alguns”, pode ler-se.

Mas SND@LHC e FASER não estão a olhar para a mesma coisa: de facto, eles cobrem regiões cinemáticas complementares. “FASER está a olhar para os ângulos muito pequenos, realmente perto da direção do feixe, enquanto SND@LHC cobre ângulos um pouco maiores”, aponta Nuno Leonardo, responsável do grupo do LIP em SND@LHC. Isto significa que FASER tem acesso a um fluxo maior e pode recolher os seus primeiros neutrinos mais rapidamente. No entanto, a longo prazo, acrescenta, SND@LHC terá condições únicas para estudar os três sabores de neutrinos e realizar medições de sabores pesados.

Cristóvão Vilela, investigador que recentemente se juntou ao grupo do LIP,  lidera a análise de dados em SND@LHC. A equipa está atualmente ocupada a estudar todos os detalhes sobre os fundos, resposta do detetor, entre outros, a fim de consolidar os resultados. Prepara-se também para a recolha de dados de 2023, que tem início previsto para breve.

Refira-se que a SND@LHC começou ao mesmo tempo que a entrada em funcionamento do LHC Run 3. Como membro fundador, o LIP esteve profundamente envolvido em todas as fases do processo. A estrutura mecânica do sistema muões da experiência foi produzida quase inteiramente na Oficina Mecânica do LIP, em Coimbra. Após uma fase intensiva de produção e testes de montagem, as estruturas foram enviadas para o CERN.

A equipa do LIP participou na montagem, testes em feixe e preparação para a entrada em funcionamento. O sistema SND@LHC está instalado no túnel do LHC a 480 metros do ponto de interação de ATLAS, enquanto o sistema FASER está situado no lado oposto da ATLAS. Ambos visam explorar o potencial do LHC como uma fábrica de neutrinos, bem como procurar novas partículas.