Primeira observação de neutrinos produzidos em colisões de partículas num acelerador por SND@LHC e FASER
"As novas experiências SND@LHC e FASER apresentaram a primeira observação de neutrinos produzidos em colisões de partículas num acelerador. Os resultados foram anunciados nos Rencontres de Moriond que estão a decorrer esta semana em La Thuile, Vale d'Aosta, Itália."
Embora os neutrinos sejam produzidos abundantemente nas colisões do LHC, por interagirem muito fracamente com a matéria atravessam sem serem vistos detectores gigantes como ATLAS e CMS. De facto, até agora nunca tinham sido detectados directamente neutrinos produzidos em colisões de partículas em aceleradores.
Apenas nove meses após o início do Run 3 do LHC e das respectivas campanhas de tomada de dados, as colaborações FASER e SND@LHC mudaram este quadro, anunciando as primeiras observações de neutrinos de colisão na conferência de Moriond (electrofraca) deste ano. FASER observou neutrinos do muão, e ainda eventos candidatos a neutrinos do electrão. SND@LHC também apresentou os seus primeiros resultados em Moriond, mostrando oito eventos candidatos a neutrinos do muão.
Enquanto FASER teve um pouco mais de tempo para se preparar, SND@LHC foi instalado mesmo a tempo para o início do LHC Run 3: "Ainda estamos a trabalhar na avaliação das incertezas sistemáticas associadas aos fundos. Como resultado preliminar, podemos dizer que a nossa observação está ao nível de cinco sigma", afirmou o responsável de SND@LHC, Giovanni De Lellis.
A existência de duas novas experiências no LHC foi, de facto, uma das notícias mais entusiasmantes sobre o Run 3 do LHC, que arrancou em Julho de 2022 - particularmente no LIP, membro fundador de SND@LHC profundamente envolvido em todas as fases do processo. A estrutura mecânica do sistema de muões da experiência foi produzida quase inteiramente na Oficina Mecânica do LIP em Coimbra. Após uma fase intensiva de produção e testes de montagem, as estruturas foram enviadas para o CERN. A equipa do LIP participou na montagem, testes em feixe e preparação para a entrada em funcionamento. O SND@LHC está instalado no túnel do LHC a 480 metros do ponto de interacção de ATLAS. FASER está situado no lado oposto da ATLAS. Ambos visam explorar o potencial do LHC como uma fábrica de neutrinos, bem como procurar novas partículas.
Mas como podem estes detectores relativamente pequenos apanhar neutrinos capazes de atravessar uma enorme quantidade de matéria sem serem parados? As novas experiências cobrem regiões angulares muito mais próximas da direcção dos feixes do que as grandes experiências do LHC. Em termos simples, aqui o número de neutrinos que sai da região de colisão é tão elevado que, mesmo que a probabilidade de interacção de cada um deles seja muito baixa, após algum tempo seremos capazes de detectar pelo menos alguns!
Mas SND@LHC e FASER não estão a olhar para a mesma coisa: de facto, eles cobrem regiões cinemáticas complementares. Nuno Leonardo, responsável do grupo do LIP em SND@LHC diz-nos mais sobre esta diferença: "FASER está a olhar para os ângulos muito pequenos, mesmo na direcção do feixe, enquanto SND@LHC cobre ângulos um pouco maiores. Isto significa que FASER tem acesso a um fluxo maior e pode recolher os seus primeiros neutrinos mais rapidamente". No entanto, a longo prazo, acrescenta, "SND@LHC terá condições únicas para estudar os três sabores de neutrinos e realizar medições de sabores pesados".
Cristóvão Vilela, investigador que recentemente se juntou ao grupo do LIP, lidera a análise de dados. A equipa está assim ocupada a estudar todos os detalhes sobre os fundos, resposta do detector, etc., a fim de consolidar os resultados. E também se prepara para a recolha de dados de 2023, que em breve estará prestes a começar!