Os gigantes subterrâneos que caçam neutrinos fantasma pelo planeta

Há setenta anos, dois físicos pegaram num detector de 10 toneladas, cercaram-no de paredes de chumbo e sacos de areia molhados, e foram estacioná-lo ao lado de um reactor nuclear na Carolina do Sul. Chamaram-lhe Project Poltergeist. O objectivo era caçar um fantasma: o neutrino, a partícula que Wolfgang Pauli tinha postulado em 1930 para salvar as contas da física, convencido de que ninguém a conseguiria ver.

Pauli achava que tinha cometido um pecado teórico, ao inventar uma partícula praticamente indetectável para explicar a energia desaparecida no decaimento beta. O neutrino não tem carga eléctrica, tem uma massa minúscula, e atravessa o planeta como se a Terra fosse névoa. Mesmo assim, em 1956, Clyde Cowan e Frederick Reines desafiaram a sentença. Encostaram o detector ao reactor de Savannah River e, meses depois, enviaram a Pauli um telegrama seco: “Detectámos neutrinos.” O fantasma tinha deixado pegadas.

Confirmar a existência foi o início, não o fim da dor de cabeça. Se reacções nucleares produzem neutrinos, então em teoria podemos usá-los para espreitar o interior do Sol e de outras estrelas. O problema: estas partículas quase nunca chocam com matéria. A solução foi tão óbvia quanto megalómana, usar quantidades absurdas de matéria, enterradas em silêncio, à espera de umas poucas colisões por mês. Nos anos 60, Raymond Davis Jr. enfiou quase 400.000 litros de um detergente à base de cloro a 1,5 km de profundidade numa mina em Homestake. Cada neutrino solar raro que acertasse num átomo de cloro transformava-o em árgon radioactivo, que podia ser contado à unha. O resultado foi desconfortável, só via um terço dos neutrinos que a teoria prometia. Nascia o “problema dos neutrinos solares”.

A resposta demorou décadas e exigiu ainda mais betão, água ultra-pura e cabeças duras. No Japão, na mina de Kamioka, Masatoshi Koshiba construiu o Kamiokande, um tanque com 3 milhões de litros de água imaculada, rodeado de sensores de luz. Quando um neutrino acerta num núcleo na água, cria um electrão tão rápido que emite luz de Cherenkov, um clarão azulado que denuncia a colisão. Kamiokande confirmou o défice de Davis, e o seu sucessor Super-Kamiokande, em conjunto com o Sudbury Neutrino Observatory no Canadá, acabou por dar a volta ao enigma. Descobriu-se que os neutrinos existem em três “sabores” e oscilam entre eles. Para oscilarem, têm de ter massa, algo que o Modelo Padrão não prevê, o que os coloca na mesma gaveta de puzzles teimosos onde também vivem os glueballs que andamos há meio século a tentar apanhar.

Entretanto, as armadilhas cresceram e espalharam-se pelo mapa. O IceCube Neutrino Observatory, enterrado no gelo da Antártida sob a estação Amundsen-Scott, usa um quilómetro cúbico de gelo como meio detector e tem desenhado um mapa da Via Láctea só com neutrinos, ligando alguns dos mais energéticos a galáxias activas alimentadas por buracos negros supermassivos. No fundo do Mediterrâneo, o KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) caça neutrinos cósmicos ainda mais energéticos e já registou o mais extremo até agora, de origem ainda misteriosa. Estas infra-estruturas são tão colossais que fazem o LHC parecer quase compacto, mas é o preço a pagar por estudar partículas que praticamente não se dignam a interagir.

A nova vaga mantém o mesmo lema, mas com mais rigor estatístico. Na China, o Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) arrancou em 2025 e em 2026 já publicou as medidas mais precisas de oscilações de neutrinos até à data. No Japão, o Hyper-Kamiokande, e nos Estados Unidos o DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), vão seguir-se ainda esta década, com ambições que vão desde perceber porque é que o Universo tem mais matéria do que antimatéria até usar feixes de neutrinos como sondas de geologia profunda. A ironia é clara, quanto mais fugidios são os neutrinos, maiores se tornam os detectores. A receita não mudou em setenta anos, pensar em grande, escavar fundo e ter uma paciência que faria corar qualquer investidor de curto prazo.

Fonte: Wired