Daya Bay
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O Daya Bay foi um experimento de reator na província de Guangdong, no sul da China. Ele determinou em 2012 o último ângulo de mistura desconhecido da oscilação de neutrinos — e com isso abriu o caminho para a busca pela violação de CP.
O ângulo que faltava
A matriz PMNS contém três ângulos de mistura. Dois deles eram conhecidos por volta da virada do milênio: θ₁₂, a partir dos neutrinos solares e do KamLAND, e θ₂₃, a partir dos neutrinos atmosféricos.
O terceiro, θ₁₃, era desconhecido e possivelmente nulo.
Muita coisa dependia desse número. Se θ₁₃ fosse nulo, a violação de CP no setor leptônico não poderia de modo algum ser medida — a fase correspondente não apareceria mais em nenhuma grandeza observável. A pergunta sobre por que o universo é feito de matéria teria permanecido, por esse caminho, sem resposta.
Experimentos anteriores haviam apenas delimitado θ₁₃ por cima. Todos os indícios apontavam para que ele fosse pequeno — a questão era se pequeno ou nulo.
O dispositivo
No local há seis reatores nucleares com, ao todo, 17,4 gigawatts de potência térmica, uma das fontes de neutrinos mais intensas do mundo.
O Daya Bay distribuiu oito detectores de construção idêntica, com 20 toneladas de cintilador cada um, por três galerias subterrâneas: duas próximas dos reatores, a cerca de 500 metros de distância, e uma galeria distante, a cerca de 1 650 metros.
O cintilador continha gadolínio. Esse elemento captura nêutrons com particular facilidade e emite ao fazê-lo um forte sinal luminoso — o que torna muito mais nítida a coincidência retardada de dois clarões.
Por que a forma construtiva foi decisiva
O artifício está na comparação. Os detectores próximos medem o que os reatores emitem; o distante mede o que chega.
Com isso desaparece a maior incerteza. Quantos antineutrinos exatamente um reator libera depende do combustível, da queima e de dados nucleares que, eles próprios, só são conhecidos com precisão de alguns por cento. Para uma medição em que se trata de um déficit de poucos por cento, isso seria fatal.
Mas, porque todos os oito detectores eram de construção idêntica e foram enchidos com o mesmo cintilador do mesmo lote, essas incertezas se cancelam quase por completo na razão entre eles.
Os detectores foram inclusive trocados entre as galerias durante a operação, para excluir também o último resto de diferenças devidas aos aparelhos.
O resultado
Em março de 2012 a colaboração apresentou um resultado após apenas 55 dias de tempo de medição: θ₁₃ é diferente de zero, com uma significância de mais de cinco desvios padrão.
O valor era, além disso, maior do que muitos esperavam — grande o bastante para tornar a violação de CP mensurável com as instalações da geração seguinte.
Poucas semanas depois, os experimentos RENO, na Coreia, e Double Chooz, na França, confirmaram o achado. O T2K havia fornecido pouco antes os primeiros indícios pela outra direção, por meio do surgimento de neutrinos eletrônicos em um feixe.
Até o encerramento das medições em dezembro de 2020, o Daya Bay determinou θ₁₃ com precisão de cerca de três por cento — até hoje o valor mais exato.
O que daí resultou
Sem esse resultado não existiriam nem o Hyper-Kamiokande nem o DUNE em sua concepção atual. Ambos foram construídos para medir uma assimetria entre neutrinos e antineutrinos — e que isso seja possível foi o Daya Bay que mostrou.
Termos relacionados
- Matriz PMNS — onde θ₁₃ se situa
- Neutrinos de reator — a fonte
- T2K — a medição pela outra direção
- JUNO — o sucessor na China
Fontes
- Colaboração Daya Bay: Observation of Electron-Antineutrino Disappearance at Daya Bay, Physical Review Letters 108, 171803 (2012).
- Colaboração Daya Bay: Precision Measurement of Reactor Antineutrino Oscillation at Kilometer-Scale Baselines, Physical Review Letters 130, 161802 (2023).