O CYGNO04, um novo detetor de partículas com participação da Universidade de Coimbra, começou a recolher os primeiros dados no Laboratório Nacional de Frascati, em Itália. A câmara tem 400 litros e foi concebida para procurar sinais de matéria escura leve.
Os primeiros registos já mostram trajectórias produzidas por raios cósmicos e pela radioactividade natural. É um marco de funcionamento do instrumento, não uma detecção de matéria escura.
Eventos registados pelas câmaras CMOS do CYGNO04 durante a fase inicial de aquisição de dados. As trajectórias correspondem a raios cósmicos e radioactividade natural, não a uma detecção de matéria escura. Crédito: INFN-LNF/CYGNO.
Uma câmara que fotografa as trajectórias
O CYGNO04 é uma câmara de projecção temporal gasosa. No seu interior há uma mistura de hélio e tetrafluorometano, atravessada por partículas que podem produzir pequenos sinais luminosos durante a amplificação.
Em vez de depender apenas de sensores electrónicos individuais, o detetor usa câmaras CMOS para registar a luz e reconstruir a forma das trajectórias. O sistema inclui cerca de 60 milhões de pixels e oito tubos fotomultiplicadores, que ajudam a determinar a posição dos eventos em três dimensões.
Esta informação direccional é importante porque a experiência não procura apenas saber quanta energia foi depositada. Também quer perceber de onde parece ter vindo a trajectória, distinguindo melhor possíveis sinais raros do ruído produzido pelo ambiente.
Os primeiros sinais são de funcionamento
As imagens já obtidas mostram raios cósmicos e eventos associados à radioactividade natural. Estes sinais são úteis para testar a electrónica, a reconstrução das trajectórias e o comportamento dos sensores.
Mas não são matéria escura. Para procurar partículas extremamente raras, o CYGNO04 terá de ser instalado num ambiente protegido da maior parte das interferências que atingem um detetor à superfície.
Exemplo de uma trajectória registada pelo CYGNO04, com uma região ampliada para mostrar a estrutura do evento. A imagem documenta o funcionamento do detetor e não identifica uma partícula de matéria escura. Crédito: INFN-LNF/CYGNO.
Coimbra faz parte da colaboração
O CYGNO é uma colaboração internacional que reúne o INFN, instituições brasileiras, grupos universitários italianos e a Universidade de Coimbra. O projecto nasceu de vários anos de investigação, desenho, testes e construção no laboratório de Frascati.
A participação portuguesa coloca Coimbra numa experiência que junta física de partículas, sensores de imagem e técnicas de análise capazes de trabalhar com trajectórias muito pequenas. O resultado final dependerá tanto do detetor como da capacidade de separar um possível evento raro de todos os sinais produzidos pelo ambiente.
A procura ainda vai começar
O próximo passo é a transferência para o Hall F do Laboratório Nacional de Gran Sasso. A estrutura será envolvida por camadas de cobre, água e polietileno, destinadas a reduzir o fundo causado por raios cósmicos e radioactividade natural.
Até lá, o principal resultado é mais modesto — e importante: uma nova forma de construir detetores gasosos com leitura óptica está a começar a produzir dados reais.
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