Uma equipa de
cientistas do Laboratório de Instrumentação, Engenharia Biomédica
e Física da Radiação (LIBPhys) da Faculdade de Ciências e
Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) conseguiu a melhor
purificação do isótopo radioativo
222
de Radão (222Rn) da história, reduzindo a sua concentração a 430
átomos por tonelada de alvo de xénon líquido, um valor 5 vezes
inferior ao obtido por outras experiências que usam a mesma
tecnologia.
Este resultado
histórico, obtido no âmbito da experiência internacional XENONnT,
um sistema com um nível de sensibilidade sem precedentes na deteção
de matéria escura, está publicado na prestigiada revista Physical
Review X.
O XENONnT foi
construído para a deteção direta de matéria escura. Está
instalado no laboratório subterrâneo de Gran Sasso, em Itália,
debaixo de 1300 metros de rocha, para reduzir os níveis de radiação
cósmica drasticamente em relação aos que existem à superfície do
nosso planeta. Este sistema usa como alvo seis toneladas de xénon
ultra-purificado.
Como explica José
Matias-Lopes, coordenador da equipa portuguesa, «uma
radiação ao passar pelo alvo pode produzir, em geral, sinais
ínfimos de luz e carga. A esmagadora maioria destes sinais (mais de
99,99%) devem-se a radiações de origem conhecida, o que permite aos
cientistas calcular com grande precisão o número de eventos
esperados».
O requisito mais
importante para medir eventos tão raros como os dos neutrinos e da
matéria escura é que o alvo tenha o nível mais baixo possível de
radiação (radiação de fundo), para que possa distinguir o que se
pretende medir. Para conseguir alcançar tal meta, tecnicamente tão
exigente, todos os tipos de fontes de radiação contam, incluindo
até a presente no próprio alvo de xénon e a que provém dos
materiais de que é construído o sistema de deteção (XENONnT).
De acordo com o
investigador do Departamento de Física da FCTUC, para
lidar com a mais limitativa de todas, a colaboração XENONnT
conseguiu reduzir o nível de contaminação do isótopo 222Rn para
níveis sem precedentes graças a uma coluna de destilação com um
sistema inovador de bomba de calor criogénica, especialmente
desenvolvida para o efeito pelos especialistas envolvidos. «Todos
os materiais usados no XENONnT foram cuidadosamente selecionados (até
o mais pequeno dos parafusos) para terem o mais baixo nível possível
de radiação»,
revela o cientista.
O XENONnT tem
como alvo o local do planeta Terra com a menor radiação de fundo de
toda a história da Humanidade, dando, assim,
início a uma nova era na direção da matéria escura, por iniciar a
deteção do nevoeiro de neutrinos, onde coexistem com a matéria
escura, que, por serem quase indistinguíveis, dificulta a sua
deteção.
Por outro lado, o
nível extraordinariamente baixo de radiação alcançado neste
sistema também permite estudar um grande número de fenómenos
particularmente raros, tais como a interação de matéria escura na
forma de axiões solares, de partículas análogas aos axiões,
neutrinos com momento magnético anómalo e a deteção por dispersão
elástica coerente neutrino-núcleo (CEvNS, sigla em inglês).
«Através
destas condições, o XENONnT reafirma o seu lugar como o melhor
observatório de partículas espaciais de baixa energia, uma vez que
poderá realizar medições de neutrinos com alta precisão e
pesquisas de eventos extremamente raros, como o duplo decaimento beta
dos isótopos 124 e 126 de Xénon. Para além disso, poderá
continuar a testar a existência de um número alargado de candidatos
de matéria escura, incluindo as partículas massivas de interação
muito fraca (WIMPs, sigla em inglês), até ao limite do nevoeiro de
neutrinos»,
conclui.
O artigo
científico “Radon Removal in XENONnT down to the Solar Neutrino
Level” pode ser consultado aqui.
*Sara
Machado
Assessora
de Imprensa
Universidade
de Coimbra• Faculdade de Ciências e Tecnologia
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