Os neutrinos são uma das partículas mais misteriosas do universo, frequentemente chamadas de "partículas fantasmas" porque raramente interagem com qualquer outra coisa. Trilhões deles atravessam nossos corpos a cada segundo, sem deixar vestígios. São produzidos durante reações nucleares, incluindo as que ocorrem no núcleo do Sol. Sua tendência a não interagir frequentemente torna a detecção de neutrinos notoriamente difícil.

Até então, os neutrinos provenientes do Sol interagiam apenas com alguns alvos diferentes. Agora, pela primeira vez, cientistas conseguiram observar a transformação de átomos de carbono em nitrogênio por esses neutrinos dentro de um vasto detector subterrâneo.

A descoberta, liderada por pesquisadores de Oxford, foi feita usando o detector SNO+ localizado a dois quilômetros de profundidade no SNOLAB , uma instalação internacional de classe mundial situada em uma mina em operação em Sudbury, Canadá. A localização profunda foi crucial para proteger o laboratório dos raios cósmicos e da radiação de fundo que mascarariam os fracos sinais de neutrinos.

A equipe buscou eventos em que um núcleo de carbono-13 é atingido por um neutrino de alta energia e transformado em nitrogênio-13 radioativo, que decai cerca de dez minutos depois. Eles usaram um método de "coincidência retardada", que busca dois sinais interligados: um sinal inicial proveniente do impacto de um neutrino em um núcleo de carbono-13, seguido, alguns minutos depois, por um segundo sinal proveniente do decaimento radioativo resultante. Esse padrão característico permite aos pesquisadores distinguir, com segurança, as interações reais de neutrinos do ruído de fundo.

A análise identificou 5,6 eventos observados ao longo de um período de 231 dias, de 4 de maio de 2022 a 29 de junho de 2023. Isso é estatisticamente consistente com os 4,7 eventos esperados gerados por neutrinos durante esse período.

Os neutrinos são partículas peculiares essenciais para a compreensão de processos estelares, fusão nuclear e a evolução do universo. Segundo os pesquisadores, essa descoberta estabelece as bases para futuros estudos de interações semelhantes de neutrinos de baixa energia.

O autor principal, Gulliver Milton , estudante de doutorado no Departamento de Física da Universidade de Oxford, disse: "Capturar essa interação é uma conquista extraordinária. Apesar da raridade do isótopo de carbono, conseguimos observar sua interação com neutrinos, que nasceram no núcleo do Sol e viajaram vastas distâncias para chegar ao nosso detector."

O coautor, Professor Steven Biller (Departamento de Física, Universidade de Oxford), acrescentou: "Os neutrinos solares têm sido um tema de estudo fascinante há muitos anos, e as medições realizadas pelo nosso experimento predecessor, o SNO, levaram ao Prêmio Nobel de Física de 2015. É notável que nossa compreensão dos neutrinos solares tenha avançado tanto a ponto de podermos usá-los, pela primeira vez, como um 'feixe de teste' para estudar outros tipos de reações atômicas raras!"

O SNO+ reaproveita o experimento SNO, que demonstrou que os neutrinos oscilam entre três tipos: neutrinos eletrônicos, muônicos e tau, em sua jornada do Sol até a Terra. O investigador principal do SNO, Arthur B. McDonald, dividiu o Prêmio Nobel de Física de 2015 pela solução do problema dos neutrinos solares, abrindo caminho para novas pesquisas sobre as propriedades dos neutrinos e seu papel no universo, afirma a Dra. Christine Kraus, cientista da equipe do SNOLAB .

“Esta descoberta utiliza a abundância natural de carbono-13 no cintilador líquido do experimento para medir uma interação específica e rara”, disse Kraus. “Até onde sabemos, esses resultados representam a observação de menor energia de interações de neutrinos em núcleos de carbono-13 até o momento e fornecem a primeira medição direta da seção de choque para essa reação nuclear específica para o estado fundamental do núcleo de nitrogênio-13 resultante.”

O estudo intitulado "Primeira Evidência de Interações de Neutrinos Solares em 13C " foi publicado na revista Physical Review Letters .