O que é o Projeto Dune e por que ele pode mudar tudo o que sabemos sobre o universo?

O ser humano sempre foi extremamente fascinado pela história da origem do universo – há tanto ainda para ser revelado, não é mesmo? Ainda estamos na busca por explicações sobre como são formados os buracos negros e também por que existimos. Pois foi pensando em obter tais respostas que surgiu o Deep Underground Neutrino Experiment.

O Projeto Dune reúne cerca de 1.400 cientistas de 36 países diferentes, incluindo o Brasil. Especialistas do setor dizem que este é o projeto mais ambicioso já concebido para estudar os neutrinos – partículas subatômicas que atravessam tudo e todos, mas interagem raramente com a matéria.

Considerando que o Brasil está dentro dessa revolução científica, ajudando a criar inovações tecnológicas essenciais para o sucesso do experimento, o Engenharia 360 resolveu explorar mais essa história e trazer todos os detalhes para você no artigo a seguir. Confira!

O que são neutrinos e por que eles são importantes para o Projeto Dune?

O Projeto Dune poderá ajudar a humanidade a desvendar os maiores mistérios do cosmos. Mas, como citamos no começo deste texto, tudo dependerá do entendimento dos neutrinos, partículas que são praticamente sem massa e sem carga elétrica.

O que sabemos até agora é que os neutrinos surgiram logo após o Big Bang; que eles são gerados em reações nucleares como as que ocorrem no Sol; que estiveram presentes em todos os eventos cósmicos extremos, como nas explosões de supernovas; e que são a segunda partícula mais abundante no universo, ficando atrás apenas dos fótons (partículas de luz). 

De fato, o assunto é bem interessante! Os neutrinos estão por toda parte, passando pelos corpos, mas nunca interagindo com a matéria. E os cientistas acreditam que é a partir dessas partículas que vamos entender por que a matéria prevaleceu sobre a antimatéria após o Big Bang, como os buracos negros se formam e até o que compõem a misteriosa matéria escura que representa mais de 20% do universo.

Como irá funcionar o Projeto Dune, na prática?

Antes de tudo, vale esclarecer que a infraestrutura para condução do Projeto Dune já é considerada sem precedentes para estudar “o invisível”. Os estudos estão sendo liderados pelo Fermilab, que é o principal laboratório de física de partículas dos Estados Unidos, com destaque para duas de suas equipes: uma que fica em Illinois, onde se encontra um acelerador de partículas, e outra em Dakota do Sul, que explora caverna subterrâneas a 1,6 km de profundidade.

Na primeira unidade, os cientistas trabalham para a produção de neutrinos a partir da aceleração e colisão de prótons. Então, o feixe com trilhões dessas partículas é direcionado, de forma subterrânea, para os detectores localizados a 1.300 km de distância, no outro estado. O que acontece é que os neutrinos atravessam a crosta terrestre e chegam até os tanques cheios de argônio líquido puríssimo, onde, eventualmente, interagem com os átomos desse elemento. E dessa interação é gerada uma “cintilação de luz”, captada por sistemas de detecção avançados.

Razões para uso de argônio líquido

Talvez você esteja se perguntando qual o papel do argônio líquido nessa história. Pois bem, o argônio é um gás nobre que, quando resfriado a menos de 184 graus Celsius, se torna líquido e oferece um ambiente ideal para detecção de neutrinos. Seu núcleo atômico relativamente pesado aumenta as chances de interação com essas partículas. Assim, quanto maior o volume de argônio, maior a probabilidade de captação de eventos raríssimos de interação.

Qual o papel do Brasil na captura de sinais dos neutrinos?

Os cientistas envolvidos no Projeto Dune explicam que, para a captura de sinais dos neutrinos, é preciso utilizar um argônio líquido praticamente livre de impurezas – estamos falando de partes por trilhão, o que é um tremendo desafio para a indústria de tecnologia. Isso porque contaminantes como oxigênio, água e nitrogênio podem comprometer a sensibilidade dos detectores. E é aí que entra uma inovação brasileira desenvolvida por pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em parceria com empresas nacionais e apoio da FAPESP.

Peneira molecular porosa

Os brasileiros criaram um método diferente para retirada de impurezas do argônio líquido. O mesmo se vale da utilização de uma “peneira molecular porosa” (zeólita) à base de aluminossilicato e lítio. Testes realizados usando criostato apresentaram resultados surpreendentes. Parece que a contaminação caiu de 20-50 ppm para 0,1-1 ppm 20 em menos de 2 horas, mesmo em volumes de até 3 mil litros.

Sistema X-Arapuca

E como se não bastasse tudo isso, tem outra contribuição feita pelos brasileiros para o Projeto Dune. Trata-se do X-Arapuca, um sistema de detecção de fotos criado por físicos da Unicamp. Nesse caso, quando um neutrino interage com o argônio líquido, ele gera uma cintilação de luz ultravioleta invisível ao olho humano. A tecnologia seria capaz de capturar essa luz e transformá-la em dados, permitindo que os cientistas reconstruam a trajetória dos neutrinos em três dimensões.

A saber, o Brasil será responsável por fabricar e instalar 6 mil dessas armadilhas de luz em um dos módulos do Dune, além de produzir os componentes mecânicos e filtros ópticos essenciais para o funcionamento do sistema.

Qual o impacto do Projeto Dune e o legado para a ciência global?

A realização do Projeto Dune deve ajudar a estimular o desenvolvimento de tecnologias de ponta e fortalecer a indústria científica em diversos países, incluindo o Brasil. A experiência adquirida pelos pesquisadores poderá ser aplicada em outros setores da engenharia, como purificação de gases industriais e desenvolvimento de novos sensores. 

E especialmente falando do nosso país, a participação do Brasil deve ir além do fornecimento de equipamentos. É possível que nossos trabalhadores ajudem na criação de um hub de referência em física de partículas para toda a América Latina, com acesso direto aos dados produzidos pelo experimento. Isso significa, na prática, mais oportunidades de pesquisa, formação de novos cientistas e interação com as maiores colaborações científicas do mundo.

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Fontes: O Estadão, VEJA, G1, Terra, FAPESP.

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