Uma das maiores questões da ciência pode estar mais próxima de uma resposta com a realização de um novo experimento internacional de física que conta com a participação de pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP). O projeto Cupid pretende investigar o comportamento dos neutrinos, partículas elementares que estão presentes em todo o Universo e podem ajudar a explicar por que existe mais matéria do que antimatéria.

A experiência utilizará detectores extremamente sensíveis, formados por cristais resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto. O objetivo é identificar um fenômeno físico ainda não observado experimentalmente, conhecido como duplo decaimento beta sem emissão de neutrinos.

O experimento será instalado no Laboratório Nacional de Gran Sasso, na Itália, em uma estrutura subterrânea protegida por aproximadamente 1,4 mil metros de rocha. O isolamento é necessário para reduzir interferências de radiações externas e permitir a identificação de sinais extremamente raros. A previsão é iniciar a coleta de dados científicos em 2030.

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O físico Pedro Guillaumon, professor do Instituto de Física da USP e um dos principais pesquisadores do projeto, explica que os neutrinos possuem características que dificultam sua detecção. Eles não apresentam carga elétrica, têm massa extremamente pequena e interagem muito pouco com a matéria.

Por essa razão, bilhões dessas partículas atravessam continuamente o corpo humano sem provocar qualquer percepção. Elas são produzidas pelo Sol e por outros fenômenos naturais, mas também podem surgir em situações cotidianas. Uma banana, por exemplo, contém potássio radioativo e pode produzir mais de um milhão de antineutrinos por dia.

Apesar de sua abundância, os neutrinos continuam sendo um dos maiores mistérios da física. Os cientistas já comprovaram que essas partículas possuem massa, mas ainda não conhecem completamente sua origem nem os mecanismos responsáveis por suas propriedades.

FENÔMENO RARO PODE EXPLICAR A ORIGEM DA MATÉRIA

O nome Cupid é uma abreviação em inglês de Cuore Upgrade with Particle IDentification, projeto que representa uma evolução do experimento Cuore, também dedicado à investigação de fenômenos físicos raros.

A principal missão da nova experiência é detectar o chamado duplo decaimento beta sem emissão de neutrinos. Trata-se de um processo extremamente incomum, cuja ocorrência pode exigir mais de 10 milhões de bilhões de anos para que metade de uma determinada quantidade de núcleos atômicos passe pelo fenômeno.

Para comparação, a idade estimada do Universo é de aproximadamente 14 bilhões de anos.

Os pesquisadores já conseguiram observar o duplo decaimento beta com emissão de neutrinos. Entretanto, identificar uma versão desse processo sem a liberação dessas partículas poderia representar uma descoberta histórica.

Uma das hipóteses investigadas é que o neutrino seja uma partícula de Majorana, ou seja, que seja sua própria antipartícula. Caso essa característica seja confirmada, poderá ajudar a compreender a origem da massa dos neutrinos e explicar processos fundamentais da natureza.

A descoberta também teria implicações para um dos maiores questionamentos da cosmologia: por que o Universo é formado predominantemente por matéria, e não por antimatéria?

Segundo as teorias atuais, matéria e antimatéria deveriam ter sido produzidas em quantidades praticamente iguais nos primeiros momentos após o surgimento do Universo. No entanto, a matéria prevaleceu, permitindo a formação de estrelas, planetas e da própria vida.

A identificação do fenômeno procurado pelo Cupid poderia fornecer evidências de uma violação de simetrias fundamentais da física, um dos elementos considerados em teorias que tentam explicar essa predominância.

DETECTORES FUNCIONARÃO EM TEMPERATURAS EXTREMAS

Para realizar as medições, o Cupid utilizará aproximadamente 1,6 mil cristais de molibdato de lítio, cada um com cerca de 280 gramas. Os equipamentos serão resfriados a temperaturas próximas de 273 graus Celsius negativos, muito perto do zero absoluto.

Quando uma partícula deposita energia em um dos cristais, ocorre uma pequena elevação de temperatura. Essa variação é medida por detectores de alta precisão.

Outra inovação está na capacidade dos cristais de emitir uma quantidade mínima de luz quando recebem energia, fenômeno conhecido como cintilação. A combinação das medições de temperatura e luminosidade permite diferenciar os tipos de partículas que atingem os detectores e reduzir a possibilidade de confundir sinais externos com o fenômeno procurado.

A instalação ficará em uma caverna subterrânea do Laboratori Nazionali del Gran Sasso, protegida por uma extensa camada de rocha que funciona como barreira natural contra os raios cósmicos. O sistema também contará com diferentes camadas de blindagem para reduzir a interferência da radioatividade presente no ambiente.

Atualmente, os pesquisadores trabalham na fabricação dos cristais, nas adaptações do equipamento responsável pelo resfriamento e nos últimos testes tecnológicos. O projeto aproveitará a estrutura criogênica utilizada anteriormente pelo experimento Cuore.

USP AMPLIA PARTICIPAÇÃO NA PESQUISA INTERNACIONAL

A colaboração científica do Cupid reúne aproximadamente 190 pesquisadores de 30 instituições de países como Itália, Estados Unidos, França, Alemanha, Espanha, Ucrânia, Rússia e China, além do Brasil.

A entrada oficial da USP representa um avanço para a participação brasileira em pesquisas internacionais de física de fronteira. A previsão é que a montagem da primeira fase do experimento comece em 2029, com a coleta de dados no ano seguinte.

Pedro Guillaumon representa a universidade no conselho responsável pela coordenação do projeto. Atualmente, sete pessoas da USP estão envolvidas nas atividades, com expectativa de ampliar a participação de estudantes e pesquisadores brasileiros.

Além de contribuir para as investigações científicas, a iniciativa abre oportunidades para o desenvolvimento de novas tecnologias e a formação de profissionais especializados em detectores de alta precisão.

A participação também está ligada à construção do Laboratório Iuda D. Goldman de Sensoriamento Quântico e Detectores de Baixa Temperatura, no Instituto de Física da USP. A estrutura será dedicada ao desenvolvimento de detectores criogênicos e sensores quânticos capazes de medir quantidades extremamente pequenas de energia.

Essas tecnologias poderão ser utilizadas em outras pesquisas importantes, incluindo estudos sobre matéria escura e neutrinos.

Para os pesquisadores brasileiros, o objetivo é ampliar a atuação do país na ciência internacional, indo além da análise de dados e participando diretamente da criação, construção e operação de equipamentos utilizados em grandes experimentos científicos.

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Caso o Cupid consiga identificar o fenômeno procurado, os resultados poderão representar um passo importante para compreender a natureza dos neutrinos e responder a uma pergunta que acompanha a humanidade: por que existe matéria no Universo?