Borexino

O Borexino foi um detector de neutrinos solares no laboratório subterrâneo do Gran Sasso, na Itália. Ele funcionou de 2007 a 2021 e realizou algo que antes ninguém conseguia: a medição de neutrinos solares individuais em tempo real e em baixa energia.

O que antes faltava

Experimentos radioquímicos como o Homestake ou o GALLEX contam átomos. Eles fornecem uma soma ao longo de semanas e nada dizem sobre quando um neutrino chegou, que energia tinha ou de que direção veio.

O Super-Kamiokande vê direção e tempo, mas, por causa do baixo rendimento luminoso da radiação Cherenkov, não desce abaixo de cerca de cinco megaelétrons-volt.

Entre os dois escancarava-se uma lacuna — e nessa lacuna estão mais de 99 por cento de todos os neutrinos solares.

O caminho pelo cintilador

O Borexino utilizava um cintilador que fornece, por megaelétron-volt, cerca de dez mil fótons em vez de algumas centenas. Com isso o limiar de detecção cai para algumas centenas de quiloelétrons-volt.

O preço: a informação de direção se perde, e o fundo torna-se o problema dominante. Em energias tão baixas o sinal se afoga na radioatividade natural do próprio detector. Cada grama de material contém traços de urânio, tório e potássio — inofensivos no cotidiano, devastadores aqui.

O lugar mais limpo do mundo

Por isso o Borexino precisou alcançar uma pureza que antes não existia. A construção era em camadas, como uma cebola: 278 toneladas de cintilador em um invólucro finíssimo de náilon, cercado por um líquido tampão, por uma esfera de aço com mais de 2 000 fotomultiplicadores e, por último, por um tanque de água. Acima de tudo isso, 1 400 metros de rocha.

Analisada era apenas a região mais interna, de cerca de cem toneladas — as camadas externas serviam unicamente para blindá-la.

Alcançou-se uma pureza de cerca de um átomo de urânio para 10¹⁸ átomos do cintilador. O desenvolvimento dos procedimentos de purificação demorou mais que a construção da instalação.

Os resultados

O esforço se pagou. O Borexino mediu, uma após a outra, quase todas as fontes de neutrinos do Sol:

A detecção dos neutrinos pp, de 2014, é a mais bela: ela mostra diretamente aquela reação da qual o Sol extrai de longe a maior parte de sua energia. Via-se o Sol queimar — e isso no processo de agora, não na luz que leva dezenas de milhares de anos até a superfície.

A detecção do CNO, de 2020, fechou uma lacuna que Hans Bethe havia aberto em 1939. Ele havia descrito dois caminhos da fusão nuclear em estrelas; o segundo, por oito décadas, apenas fora calculado, nunca visto. No Sol ele contribui com apenas cerca de um por cento — em estrelas mais pesadas ele predomina.

A propósito, o Borexino mediu a região de transição em que o efeito MSW passa do comportamento de vácuo para o de matéria, e confirmou a curva prevista.

Geoneutrinos

Com a mesma instalação o Borexino detectou geoneutrinos — antineutrinos vindos do decaimento radioativo no interior da Terra. O local italiano é mais favorável para isso que o japonês do KamLAND, porque há menos usinas nucleares nas proximidades.

A medição de 2020 é até hoje a mais exata de seu tipo.

Repercussão

O Borexino foi desligado em 2021. O que fica é a técnica: os procedimentos de purificação desenvolvidos estão hoje por trás do JUNO, que, com 20 000 toneladas de cintilador, precisa alcançar a mesma pureza em um volume setenta vezes maior.

Termos relacionados

• Neutrinos solares — o que foi medido
• Cintilador — a técnica de detecção
• Geoneutrinos — o olhar para o interior da Terra
• JUNO — o sucessor em escala

Fontes

• Colaboração Borexino: Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun, Nature 512, 383 (2014).
• Colaboração Borexino: Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun, Nature 587, 577 (2020).