Este é o maior estudo já feito sobre o tema no mundo e vai investigar com profundidade a estrutura da matéria
O Deep Underground Neutrino Experiment (Dune) é um dos maiores projetos científicos internacionais da atualidade e tem como objetivo descobrir novas propriedades dos neutrinos, partículas elementares sem carga com ínfima massa e que viajam a uma velocidade muito próxima à da luz.
Este é o maior estudo já feito sobre o tema no mundo e vai investigar com profundidade a estrutura da matéria e trazer respostas a respeito de importantes questões ligadas à formação do universo. Estudiosos em todo o planeta avaliam que os neutrinos serão parte de grandes descobertas na Física nos próximos 10 ou 20 anos.
De acordo com pesquisadores, a Terra é atravessada regularmente por trilhões de neutrinos: produzidos nos primeiros tempos do universo, provenientes de fontes extragalácticas, gerados no interior das estrelas da Via Láctea, originados no Sol, resultantes do choque de raios cósmicos com a atmosfera terrestre. E, mesmo estando por toda parte, é provavelmente a partícula mais misteriosa do universo.
“Os neutrinos são partículas extremamente pequenas, e é difícil entender como elas se transformam. A importância desse projeto vai muito além da descoberta sobre porque vivemos em um universo dominado pela matéria, porque estamos aqui, mas vai gerar descobertas para inúmeras outras áreas, como a da saúde, por exemplo. Imagina se pudermos controlar partículas que atravessam a matéria, os benefícios que isso trará para o mundo em diversos aspectos são enormes”, comenta Dr. Cesar Ghizoni, CEO da Equatorial.
O projeto DUNE tem sede no Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), laboratório especializado em física de partículas de alta energia vinculado ao Departamento de Energia dos Estados Unidos, e conta com a participação de pesquisadores de mais de 100 países, sendo o Brasil um dos signatários.
O grande destaque tecnológico do projeto é que seu sistema de detecção se baseará no uso de argônio líquido. E para que tenha êxito, o sistema de foto detecção (Dune Photon Detection System) é parte fundamental, pois será por meio da cintilação produzida pela passagem dos neutrinos através de tanques de argônio líquido gigantes que os pesquisadores vão obter informações imprescindíveis sobre a formação do universo e a estrutura do mundo material.
O DUNE terá dois grandes detectores instalados nos Estados Unidos e posicionados ao longo da linha de propagação do feixe. O primeiro estará bem perto da fonte, no próprio Fermilab, no estado de Illinois, e o segundo, com proporções muito maiores, muito abaixo do nível do solo, a 1.300 quilômetros da fonte, no estado de Dakota do Sul. De acordo com os envolvidos no experimento, não haverá necessidade de construir nenhum túnel, pois pelo fato de não terem carga os neutrinos se propagam em linha reta, sem sofrerem nenhum tipo de desvio. Eles viajam em velocidade próxima à da luz e conseguem atravessar qualquer tipo de material pelo caminho. Sendo assim, para atingir o segundo detector, basta que o feixe seja rigorosamente apontado na direção correta.
À frente dessa pesquisa no Brasil, e com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), está a Unicamp, sob coordenação dos físicos Ettore Segreto e Pascoal J. G. Pagliuso, professores do Instituto de Física Gleb Wataghin. O professor Pascoal Pagliuso lidera a equipe que investiga e desenvolve os processos relacionados com todo sistema de purificação do argônio líquido do Long Baseline Neutrino Facility (LNBF) enquanto que o professor Ettore Segreto é o líder do Dune Photon Detection System, um dos cinco consórcios internacionais que integram o megaexperimento.
Um dos projetos conduzidos pelos pesquisadores do Estado de São Paulo refere-se ao sistema de detecção de luz chamado Arapuca, um dispositivo para coletar sinais de luz em frequência muito baixa emitida pelos detectores do Dune.
E é aqui que começa o grande desafio científico e de engenharia dos participantes brasileiros nesse projeto. Para manter o líquido, tem de baixar a temperatura e depois purificar o argônio, pois as impurezas podem afetar a detecção das partículas geradas nos tanques de argônio líquido e inviabilizar o experimento.
O Brasil, sob liderança da Unicamp (IFGW), estuda a purificação, filtragem e regeneração de argônio líquido para os detectores de neutrinos. “A filtragem inicial é conhecida, mas a purificação no nível que se precisa requer pesquisa e desenvolvimento de novos materiais para os filtros e estudos de fluidodinâmica”, explicam Ghizoni e Pagliuso.
O projeto será dividido em duas fases:
- Incluem as atividades de P&D, estudos preliminares, testes, construções de protótipos para a optimização de purificação, regeneração e condensação de argônio em larga escala (e.g. estudos de fluidodinâmica, para a circulação de LAr com duas bombas, estudo de caso para instalação de um sistema de purificação de argônio em escala real com as dificuldades impostas pela entrada da caverna e guindastes disponíveis e outras dificuldades da instalação subterrânea, testes de diferentes elementos de purificação e monitoramento da temperatura dentro do purificador). O cumprimento da Fase 1 será sistematicamente avaliada a cada 3 meses durante sua execução.
- Após avaliação positivas em todas as revisões da Fase 1 por ambas as partes Unicamp e Fermilab, a Fase 2 incluirá engenharia, projeto, construção, testes, despacho e entrega dos seguintes componentes:
· Sistema de purificação de LAr para os detectores #1, #2.
· Sistema de purificação de Gar para os detectores #1, #2.
· Sistema de Regeneração os detectores #1, #2.
· Sistema de circulação de LAr para os detectores #1, #2.
· Sistema de condensação de Argônio para os detectores#2.
A Equatorial, do grupo Akaer, recebeu apoio para o desenvolvimento da pesquisa da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, por meio do Programa FAPESP Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE), e participa do estudo com a Unicamp, provendo todo o suporte de engenharia durante a primeira fase do projeto.
"É na intersecção entre a ciência de ponta e na instrumentação necessária para observarmos novos fenômenos da natureza que se insere um importante vetor de desenvolvimento. Para a FAPESP, apoiar esse projeto significa não apenas aprofundarmos o conhecimento sobre o universo, mas permitir a empresas desenvolver novas tecnologias e potencialmente também novos mercados", disse Luiz Eugênio Mello, diretor científico da FAPESP sobre o apoio.
O escopo do trabalho nessa primeira fase na elaboração do conceito básico do sistema para a optimização de purificação, regeneração e condensação de argônio em larga escala, bem como na elaboração do plano de industrialização e instalação no local do experimento.
“Durante a Fase 1 temos o compromisso de buscar inovação no processo de filtragem e circulação do Agônico Líquido nos tanques de 17 kTon do LNBF. Já temos propostas de novas mídias que podem aumentar de forma significativa a eficiência do processo e a chance de sucesso do experimento. O sucesso da Fase 1 permitirá que toda a infraestrutura criogênica de Argônio Líquido do LBNF seja produzida no Brasil”, comenta Pagliuso.
“Para o Brasil, fazer parte do DUNE é extremamente importante, pois nos leva a um outro patamar de desenvolvimento tecnológico e permite que a comunidade científica brasileira participe de um projeto de grande envergadura. Para o Grupo Akaer, significa entrar num estudo de desenvolvimento científico. Vamos dar um salto de qualidade em várias tecnologias que envolvem baixas temperaturas, altas confiabilidade e complexidade, tudo em uma escala enorme. Entraremos num outro ramo de atuação que não seria possível investir tão cedo se não fosse esse projeto”, finaliza o CEO da Equatorial.
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