Astrônomos podem ter detectado sete partículas fantasmas passando pela Terra

Usando o observatório localizado na Antártida, astrônomos podem ter encontrado sete partículas fantasmas que passaram através da Terra.

Colaboração IceCube publicou descoberta de candidatos a partículas fantasmas.
Colaboração IceCube publicou descoberta de candidatos a partículas fantasmas. Crédito: ESA

O observatório IceCube está localizado na Antártida pois é um local com menor grau de interferência humana além do gelo poder funcionar como meio de detecção. O projeto IceCube tem como objetivo observar partículas conhecidas como neutrinos. Essas partículas são extremamente leves e são difíceis de detectá-las já que interage pouco com o ambiente ao redor.

Há diversos tipos de neutrinos e alguns deles passam através de nós o tempo todo passando despercebido. Uma das fontes de neutrinos é o próprio Sol que é responsável por boa parte dos neutrinos que recebemos. Mas neutrinos podem ser extremamente energéticos vindo de regiões distantes do Universo. Esses neutrinos são chamados de neutrinos astrofísicos.

Neutrinos possuem vários tipos e o tipo mais difícil de ser encontrado é um chamado de neutrino astrofísico tau. Por causa da dificuldade recebeu o nome de partícula fantasma. Um grupo de astrônomos trabalhando com o observatório IceCube divulgaram que podem ter encontrado evidências de sete partículas fantasmas.

Neutrinos

Neutrinos são partículas que estão representadas dentro do Modelo Padrão. Elas são classificadas como léptons com o nome mais famoso dessa classe sendo o elétron. Os neutrinos são considerados partículas fundamentais significando que elas são indivisíveis e não possuem uma estrutura menor dentro deles.

Neutrinos recebem esse nome por serem neutros, ou seja, não possuem carga elétrica. Por causa dessa característica, neutrinos não interage eletromagneticamente e conseguem viajar por grandes distâncias no Universo sem problemas.

Além disso, neutrinos são muito leves e teve uma época que físicos achavam que neutrinos nem possuíam massa. Hoje, se sabe que neutrinos tem uma massa bem pequena fazendo com que a interação gravitacional também seja fraca. A única interação que afeta os neutrinos consideravelmente é a interação fraca.

Sabores de neutrinos

Neutrinos podem possuir três tipos distintos que são chamados de sabores: elétron, múon e tau. Cada um desses neutrinos está associado a um tipo de processo físico que deu origem a ele. No caso do neutrino do elétron está associado ao decaimento beta enquanto o neutrino do múon está associado a decaimentos que envolvem a partícula múon.

Modelo Padrão das Partículas Elementares
Os neutrinos estão representados no Modelo Padrão das Partículas Elementares e classificados como léptons.

Um dos tipos mais interessantes é o neutrino do tau que estão associados às partículas tau. Eles possuem algumas características que os diferem dos outros sabores de neutrinos como sendo mais difíceis de serem gerados e também possuírem um tempo de vida curto. Curiosamente, os neutrinos podem mudar de tipo através da oscilação de neutrinos.

Observatório IceCube

O observatório IceCube foi projetado para observar partículas que são difíceis de serem observadas. Para contornar esse desafio, o IceCube utiliza sensores ópticos como cordas colocados no gelo na Antártida chegando a quase 2km de profundidade. Quando um neutrino interage com partículas do gelo eles criam um processo chamado cascata de Cherenkov.

A cascata de Cherenkov acontece quando o neutrino interage com partículas do gelo e produz outras partículas. Esse tipo de processo gera uma luz azulada característica que é detectada pelos sensores. Analisando o padrão da luz associada às partículas geradas, é possível conhecer as propriedades dos neutrinos que passaram por ali.

Redes neurais

Utilizando os padrões de luz encontrados em um conjunto de dados observados durante 10 anos, pesquisadores da colaboração IceCube treinaram um modelo de rede neural convolucional capaz de identificar e classificar. As redes neurais convolucionais usam camadas de convolução que aprendem informação de imagens ou tensores.

Redes neurais convolucionais foram criadas para aprender de forma que não há perda de relações espaciais ou temporais nos dados.

Esse tipo de rede é muito usada na Ciência e em problemas de Visão Computacional. Muitos carros autônomos usam algoritmos baseados em redes neurais convolucionais já que a relação espacial é extremamente importante. Elas conseguem fazer previsões assim como classificações.

Partículas fantasmas encontradas

Cada padrão é associado com algum processo físico de alguma partícula ou interferência. O modelo treinado conseguiu identificar 7 possíveis candidatos a neutrinos tau. Fazendo uma análise mais detalhe, o grupo da colaboração concluiu que a chance de ser interferência ou algum outro tipo de fenômeno é muito baixa. A possibilidade maior é que estamos observando neutrinos do tau astrofísicos.

Um dos neutrinos observados pela colaboração IceCube
Um dos candidatos à neutrinos observados pela colaboração IceCube. Cada coluna corresponde a um dos três sensores vizinhos. Crédito: IceCube Collaboration

Essa descoberta é importante pra Astronomia e pra Física. Os neutrinos do tau astrofísicos são originados de processos energéticos de lugares distantes do Universo. É possível conhecer mais sobre esses processo sem depender apenas da luz como única mensageira astrofísica.

Uma nova possibilidade

A Astronomia multimensageira se tornou real com a descoberta de ondas gravitacionais em 2015. Os neutrinos também são considerados mensageiros que podem contribuir com essa área da Astronomia. Observar fenômenos através de multimensageiros é importante pra compreender os processos físicos associados.

Referência da notícia:

IceCube Collaboration 2024. Observation of Seven Astrophysical Tau Neutrino Candidates with IceCube. arXiv.