Gifu – Quem visita a cidade de Hida, na província de Gifu, talvez não imagine que ali acontecem alguns dos experimentos científicos mais importantes do mundo. É nesse local que está o impressionante Super Kamiokande, conhecido como Super K, um detector dedicado à busca de neutrinos.

Os neutrinos são partículas subatômicas extremamente pequenas, sem carga elétrica e praticamente sem massa, que atravessam tudo ao seu redor, inclusive o corpo humano, sem interagir. A ciência estima que cerca de 65 bilhões de neutrinos passem por cada centímetro quadrado do corpo humano a cada segundo, sem que possamos sentir. A dificuldade em detectá-los os torna fundamentais para a física moderna, publicou o Big Think.

Eles são produzidos no interior das estrelas, em explosões de supernovas e em reações nucleares na Terra. Podem ser considerados uma espécie de mensagem invisível do universo — compreender seu comportamento pode ajudar a decifrar mistérios sobre a origem e o futuro do cosmos.

O que é o Super Kamiokande

Para captar essas partículas, os cientistas construíram o Super K, um enorme tanque de água ultrapura cercado por detectores, considerado hoje uma das ferramentas mais sensíveis do mundo para registrar neutrinos vindos do Sol.

Localizado a 1.000 metros abaixo do Monte Ikeno, em Hida (Gifu), o detector está protegido por camadas de rocha que bloqueiam outras partículas, mas não os neutrinos.

A estrutura é um tanque cilíndrico de aço inoxidável com 41,4 metros de altura e 39,3 metros de diâmetro, contendo 50 mil toneladas de água ultrapura. O interior é revestido por 11.146 tubos fotomultiplicadores (PMTs) dourados, que captam a luz gerada quando neutrinos interagem com a água.

A instalação começou a operar em 1996, substituindo o menor Kamiokande, e registrou suas primeiras oscilações de neutrinos dois anos depois.

Três tipos de neutrinos

Os neutrinos são emitidos quando estrelas colapsam em supernovas e, eventualmente, em buracos negros. Existem três tipos principais:

Eletrônico (νe): associado ao elétron, foi o primeiro a ser detectado, na década de 1950, e é o mais abundante.

Muônico (νμ): ligado ao múon, um “primo pesado” do elétron, é produzido em colisões de raios cósmicos com a atmosfera terrestre. Foi identificado em 1960.

Tau (ντ): ainda mais pesado, é o mais raro e difícil de observar. Descoberto apenas em 2000, é essencial para entender o fenômeno das oscilações de neutrinos.

O estudo dessas oscilações ajuda a compreender propriedades fundamentais da matéria e pode esclarecer por que o universo é formado por matéria em vez de antimatéria.

Em 23 de fevereiro de 1987, o Kamiokande original registrou neutrinos vindos de uma supernova na Grande Nuvem de Magalhães, confirmando a ligação entre esses eventos cósmicos e neutrinos. O episódio inaugurou o que especialistas chamaram de “nova era da astronomia de neutrinos”.

Lâmpadas invertidas e radiação Cherenkov

Os PMTs funcionam como “lâmpadas ao contrário”: enquanto uma lâmpada usa energia elétrica para emitir luz, eles recebem luz e a transformam em sinal elétrico.

Isso acontece quando um neutrino ultrapassa a velocidade da luz na água, que é cerca de 25% menor do que no vácuo. O efeito é comparável ao estrondo sônico de um avião que ultrapassa a velocidade do som. Nesse caso, a partícula produz uma onda de choque luminosa chamada radiação Cherenkov.

No Super K, esse fenômeno é registrado em forma de anéis: os neutrinos muônicos geram círculos nítidos, enquanto os eletrônicos produzem imagens mais difusas. O observatório publica registros quase em tempo real quando não está em manutenção.

Água ultrapura e operação internacional

A detecção só é possível graças à água extremamente pura usada no tanque. O líquido é continuamente filtrado e exposto a luz ultravioleta para eliminar bactérias. O resultado é uma água tão pura que se torna quimicamente agressiva, com propriedades de ácido e base ao mesmo tempo.

Relatos indicam que, caso alguém entrasse nesse tanque, sofreria esfoliação completa da pele. Por isso, quando os técnicos precisam fazer reparos nos PMTs, utilizam pequenos botes de borracha para se locomover sobre a água.

O Super-Kamiokande é operado por uma colaboração internacional de cerca de 230 pesquisadores e 50 instituições de países como Japão, Estados Unidos, Polônia, Coreia do Sul, China, Espanha, Canadá, Reino Unido, Itália, França e Vietnã.

O futuro: Hiper Kamiokande

Uma nova versão, o Hiper Kamiokande, está em construção em Hida e tem inauguração prevista para 2028. O tanque ficará a 600 metros de profundidade e custará 65 bilhões de ienes.

Considerado o detector de neutrinos de terceira geração, o projeto envolve 640 cientistas de 22 países. A estrutura contará com um tanque cilíndrico com 260 mil toneladas de água ultrapura e entre 20 mil e 40 mil fotossensores ultrassensíveis, permitindo coletar até 8,4 vezes mais dados que o Super K.

Foto: Reprodução/Super Kamiokande