Detector Super-Kamiokande: o equipamento é constituído por um tanque de aço inoxidável com 50 mil toneladas de água. E cerca de 11 mil sensores.[Imagem: Kamioka Observatory/ICRR/University of Tokyo]
Laboratórios subterrâneos
Parece-lhe que, para desvendar os segredos do Universo, os cientistas devam sempre se voltar para o espaço?
Nem sempre. Na verdade, muitas vezes é melhor fazer o caminho inverso, mergulhando profundamente na Terra. Por isso, nasceram os laboratórios mais profundos do mundo, a maioria mergulhados em minas que já exploraram todo o minério disponível, deixando apenas um buraco - um buraco muito útil.
Ocorre que uma chuva de partículas subatômicas de alta energia cai constantemente sobre a Terra. Criada a partir de interações dos raios cósmicos na atmosfera superior, essa garoa invisível cria uma barulhenta radiação de fundo que obscurece as assinaturas de novas partículas ou forças que os físicos procuram.
A solução é mover os experimentos para debaixo do melhor guarda-chuva natural que temos: a crosta da Terra. Laboratórios subterrâneos, embora difíceis de construir e de acessar, são locais ideais para a observação de interações entre partículas raras. As rochas protegem os experimentos do chuveiro de partículas inoportunas, impedindo que coisas como múons interfiram nos resultados dos aparelhos.
Nas últimas décadas, os laboratórios subterrâneos de Física e Astrofísica têm sediado alguns dos maiores e mais complexos experimentos de detecção já feitos, contribuindo para importantes descobertas - algumas delas agraciadas com o Prêmio Nobel.
Nesta série de reportagens, você irá conhecer um pouco sobre alguns dos laboratórios mais profundos da Terra, a 1.000 metros ou mais abaixo da superfície, que estão cavando profundamente os segredos do Universo.
1-Observatório Kamioka
O Observatório Kamioka detecta neutrinos provenientes de supernovas, do Sol, da nossa atmosfera e de aceleradores de partículas, naturais ou não.
Em 2015, Takaaki Kajita recebeu o Prêmio Nobel de Física pela descoberta da oscilação de neutrinos atmosféricos, o que foi feito usando o experimento Super-Kamiokande - o Nobel foi compartilhado com o Observatório de Neutrinos de Sudbury, no Canadá, que você irá também conhecer.
O foco original do Kamioka está na compreensão da estabilidade da matéria, o que está sendo feito através de uma pesquisa sobre o decaimento espontâneo de prótons usando um experimento chamado Kamiokande. Como os neutrinos são um grande pano de fundo para a observação do decaimento do próton, o estudo dos neutrinos também se tornou um grande esforço do observatório.
2-Laboratório Subterrâneo de Física Stawell
O SUPL está em construção na mina de ouro ainda ativa Stawell, em Vitória, na Austrália. Sua intenção principal é verificar se a quantidade de matéria escura em certas galáxias muda dependendo da posição da Terra.
O laboratório vai trabalhar em estreita colaboração com o Laboratório Nacional Gran Sasso, na Itália, que fez avanços significativos na pesquisa da matéria escura através de uma possível detecção dos WIMPs.
Como a Austrália está no Hemisfério Sul e tem estações opostas às da Itália, este efeito sazonal da matéria escura também irá testar os resultados obtidos na Itália para obter mais informações sobre os WIMPs e a matéria escura.
Diagrama do Laboratório Subterrâneo Boulby[Imagem: STFC]
3-Laboratório Subterrâneo Boulby
Este laboratório subterrâneo fica dentro da mina de sal e potássio Boulby, na costa nordeste da Inglaterra.
Seu diferencial é que, em vez de ser um laboratório dedicado a um tipo específico de experimento, o Boulby é uma instalação científica multidisciplinar, operada pelo Conselho de Instalações Científicas e Tecnológicas do Reino Unido (STFC).
A profundidade e a infraestrutura de suporte tornam o laboratório multiusuário adequado para estudos tradicionais subterrâneos com baixo ruído de fundo, como as pesquisas sobre matéria escura e experimentos sobre raios cósmicos feitas por laboratórios astrofísicos dedicados.
Mas os laboratórios também servem a uma ampla gama de ciências além da Física, por exemplo Geologia e Geofísica, estudos ambientais e climáticos, a vida em ambientes extremos na Terra e o desenvolvimento de robôs espaciais, para a busca de formas de vida fora da Terra.
4-Observatório de Neutrinos da Índia
Diagrama do Observatório de Neutrinos da Índia. [Imagem: IMSC]
O INO, uma colaboração de cerca de 25 institutos e universidades indianos reunidos pelo Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, será principalmente uma instalação subterrânea para a Física de alta energia sem aceleradores.
O observatório vai concentrar seu estudo nos neutrinos do múon atmosféricos usando um calorímetro de ferro de 50 mil toneladas - o maior ímã do mundo -, para medir características dessas partículas fugazes.
Posteriormente o INO deverá ser expandido para uma instalação de ciência mais geral, acolhendo pesquisas geológicas, biológicas e hidrológicas.
5-Laboratório Nacional Gran Sasso
O laboratório Gran Sasso ficou conhecido do grande público com experimentos com neutrinos que poderiam ter superado a velocidade da luz - mas não o fizeram. [Imagem: LNGS]
O Laboratório Nacional de Gran Sasso, na Itália, é o maior laboratório subterrâneo do mundo. É um laboratório de Física de alta energia que realiza vários experimentos de longo prazo com neutrinos, matéria escura e experimentos astrofísicos nucleares.
Entre eles, merece destaque o experimento OPERA, que detectou os primeiros candidatos a neutrino do tau, que surgiram por meio de oscilações de um feixe de neutrinos do múon enviados por baixo da terra pelo CERN, na fronteira entre a França e a Suíça, em 2010.
Equipes do Gran Sasso também colaboram com o Acelerador Fermi, dos EUA. Quando atualizado, o experimento ICARUS do Gran Sasso irá se juntar a dois outros experimentos no Fermilab para procurar por um quarto tipo de neutrino, o neutrino estéril.
6-Centro de Física Subterrânea em Pyhasalmi
A Universidade de Oulu, na Finlândia, opera o laboratório Cupp dentro da segunda mina mais profunda da Europa, a Mina Pyhasalmi, de onde são extraídos cobre e zinco.
Há múltiplos níveis na mina de Pyhasalmi que poderão ser utilizadas como laboratórios.[Imagem: CUPP]
Como a mina deverá se exaurir até o final desta década, a comunidade local criou o empreendimento Callio Lab (CLAB), para alugar espaço para instituições de pesquisas acadêmicas e industriais. O nível principal, a 1.420 metros de profundidade, abriga todos os equipamentos, escritórios e restaurantes - além da sauna mais profunda do mundo.
O Cupp é um desses inquilinos e seu experimento principal é o EMMA (Experiment with MultiMuon Array), projetado para estudar os raios cósmicos e múons de alta energia que atravessam a Terra, em busca de uma melhor compreensão das interações entre as partículas atmosféricas e cósmicas.
O Cupp também realiza algumas medições do fluxo de múons e faz pesquisas sobre radiocarbono para os futuros cintiladores líquidos que serão instalados no laboratório 2, a 1.430 metros de profundidade.
7-Instalação Subterrânea de Pesquisas Sanford
Pesquisadores brasileiros foram convidados para participar do experimento DUNE sobre neutrinos, que será instalado no Sanford. [Imagem: Sanford Lab]
O Sanford Lab é o mais profundo laboratório de física subterrâneo dos Estados Unidos e está na antiga Mina de Ouro Homestake, em Dakota do Sul. Foi lá que Ray Davis fez sua experiência com neutrinos solares, que usou um fluido de limpeza a seco para contar neutrinos do Sol, o que lhe valeu o Prêmio Nobel de Física em 2002.
O experimento encontrou apenas um terço dos neutrinos que se esperava, um resultado que passou a ser conhecido como o "problema do neutrino solar". Em 1998, o Kamioka e o SNO descobriram as oscilações dos neutrinos, que provou que os neutrinos mudavam de um tipo para outro conforme viajam até a Terra.
A instalação abriga agora o experimento LUX, que está procurando a matéria escura), o Demonstrador Majorana, que pesquisa as propriedades dos neutrinos) e estudos geológicos, de engenharia e biológicos.
O Sanford Lab também será a sede do DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), que usará detectores cheios com 70.000 toneladas de argônio líquido para estudar neutrinos enviados através da terra pelo Fermilab, a 1.480 km de distância.
8-Laboratório Subterrâneo Modane
Localizado em Modane, na França, acessível a partir do meio do túnel rodoviário de Fréjus, o laboratório multidisciplinar hospeda experimentos em física de partículas, nuclear e astrofísica, ciências ambientais, biologia e nano e microeletrônica.
As principais atividades de física fundamental do Modane Lab incluem o SuperNEMO e o Edelweiss, que estudam a física dos neutrinos e tentam detectar a matéria escura, respectivamente.
O laboratório também abriga experimentos internacionais em colaboração com o Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear, em Dubna, na Rússia e com a Universidade Técnica Checa, em Praga.
9-Observatório de Neutrinos Baksan
Escondido sob as montanhas do Cáucaso e ao lado do rio Baksan, o BNO começou a funcionar como um dos primeiros observatórios de física de partículas subterrâneos na então União Soviética.
Como outras instalações subterrâneas, o BNO queria reduzir a quantidade de radiação de fundo tanto quanto possível. Para isso, a localização do laboratório não é apenas subterrânea, mas também o mais distante possível de reatores nucleares, outra fonte de ruído de fundo para os experimentos.
Os experimentos de neutrinos atualmente conduzidos no BNO são o SAGE (Experimento Soviético-Americano de Gálio), o BUST (Telescópio Subterrâneo de Cintilação Baksan) e o ainda em construção BEST (Experimento Baksan em Transições Estéreis). Há também uma nova busca por partículas hipotéticas chamados áxions, candidatos a átomos da matéria escura.
10-Experimento Profundo Água Negra
O Brasil participa do Laboratório ANDES, que busca compreender os raios cósmicos e os neutrinos. [Imagem: AndesLab]
Situado nas montanhas na fronteira do Chile com a Argentina, o ANDES irá estudar neutrinos e matéria escura, bem como placas tectônicas, biologia, astrofísica nuclear e o meio ambiente. Junto com o SUPL, é um dos dois únicos laboratórios subterrâneos profundos no Hemisfério Sul.
O ANDES é um laboratório internacional, e não apenas uma série de experimentos internacionais. Ele se tornará o lar de um grande detector de neutrinos e pretende detectar neutrinos de supernovas e geoneutrinos, complementando os resultados dos laboratórios do Hemisfério Norte.
Sua localização é ideal, já que está longe de instalações nucleares e ficará bem fundo nas montanhas, o que ajuda a reduzir o ruído de fundo.
11-SNOLAB
[Imagem: SnoLab/Univ.Alberta]
O SNOLAB funciona em uma mina de níquel ainda em operação em Ontário, no Canadá. A instalação de 5.000 m2 inteira é uma sala limpa classe 2000, com menos de 2.000 partículas por pé cúbico.
Isto é necessário para os instrumentos altamente sensíveis que pesquisam a matéria escura e os neutrinos. Entre eles estão DEAP-3600, PICO, HALO, MiniCLEAN e SNO+. Os cientistas também planejam instalar lá o SuperCDMS, a próxima geração de caçador da matéria escura.
No ano passado, Arthur McDonald foi um dos ganhadores do Prêmio Nobel de Física pela descoberta da oscilação de neutrinos - descoberta feita em 1998 - no Observatório de Neutrinos de Sudbury, o antecessor do SNOLAB. O Prêmio Nobel foi compartilhado com o Observatório Kamioka no Japão, por seu experimento com neutrinos Super-K.
12-Laboratório Subterrâneo Jinping
[Imagem: Tsinghua University]
O CJPL (China Jinping Underground Laboratory) é o laboratório de física mais profundo do mundo, escondido dentro da montanha Jinping, na província de Sichuan, no sudoeste da China.
O local é ideal para um baixo fluxo de múons de raios cósmicos, o que significa que a instalação tem muito menos ruído por radiação de fundo do que vários outros laboratórios subterrâneos. E como a instalação é construída sob uma montanha, há acesso horizontal (para coisas como veículos) em vez de acesso vertical (através de um poço de mina).
Dois experimentos alojados na instalação estão tentando detectar diretamente a matéria escura: o CDEX (China Dark Matter Experiment) e o PandaX. O CJPL também irá observar neutrinos provenientes de diferentes fontes, como o Sol, Terra, atmosfera, explosões de supernovas e eventual aniquilação de matéria escura, na esperança de entender melhor as propriedades dessas partículas elusivas.
Nos próximos meses, um estudo de física astronuclear e um protótipo de uma tonelada de um detector de neutrinos serão instalados no CJPL-II.
fonte: inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laboratorios-subterraneos&id=010130160712 // inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laboratorios-subterraneos-mais-profundos-mundo&id=010130160713 // inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laboratorios-subterraneos-profundos&id=010130160714 // inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laboratorios-subterraneos-mais-profundos&id=010130160715
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