Cientistas conseguem medir rastro de “chuveiro atmosférico”

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Da Assessoria de Comunicação do IFSC

Pesquisa internacional com a participação do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP utilizou a técnica de detectores de rádio para identificar os rastros deixados pelos “chuveiros atmosféricos” (air shower), cascatas de partículas que atravessam a atmosfera ininterruptamente. Invisíveis a olho nu, os “chuveiros” são compostos por diversos tipos de partículas, como prótons, elétrons, neutrinos e mésons. No trajeto entre a atmosfera e o solo, eles interagem com o hidrogênio presente no ar e emitem um flash luminoso muito fraco, captado por telescópios, e ondas de rádio. O experimento utilizou a técnica de “tanques de água” para obter uma “impressão digital” dos “chuveiros”, que em seguida é analisada pelos detectores de rádio. A pesquisa é descrita em artigo publicado na revista científica Physical Review D.

Foto: Wikimedia Commons
Foto: Wikimedia Commons

O estudo que reuniu 102 pesquisadores de todo o mundo aconteceu no Observatório Pierre Auger, instalado aos pés da Cordilheira dos Andes, no Deserto de El Nihuil, na Argentina, com o objetivo principal de detectar e estudar raios cósmicos ultra-energéticos, partículas que podem alcançar energias cerca de 1000 vezes maiores do que as obtidas pelos atuais aceleradores de partículas. Desde sua fundação, o Observatório trabalha com duas ferramentas distintas para medição dos raios ultra-energéticos: a de “tanques de água”, também conhecidos por “detectores de Cherenkov”, e a de telescópios de fluorescência. Uma terceira, recém-descoberta, a “técnica de detectores de rádio”, vem não para “aposentar” as anteriores, mas sim complementá-las. “Os membros do Observatório buscam, continuamente, o desenvolvimento de técnicas novas que tragam medidas mais precisas e detalhadas para, dessa forma, ampliar as possibilidades do Observatório como um todo”, explica o professor Luiz Vitor de Souza Filho, do IFSC, que participou da pesquisa.

Planos futuros

A identificação e medição dessas ondas serão feitas por um conjunto de antenas espalhadas por uma grande área. Através de um sinal sincronizado entre elas, ondas de rádio emitidas pelo chuveiro atmosférico serão identificadas e, posteriormente, medidas. Por ser largamente difundida para outros usos, a técnica de detectores de rádio não exige um grande desenvolvimento tecnológico para sua adaptação aos propósitos específicos do Observatório e tem um custo muito baixo. E, embora ainda não estejam sendo utilizados no Observatório, os detectores de rádio já estão hospedados no Pierre Auger há cinco anos. “No deserto, onde eles estão instalados, o local é ótimo para realização desses experimentos, pois a poluição de sinais e ruídos advindos de ondas de rádio em geral é quase nula”, explica o docente.

Foto: Divulgação / Observatório Pierre Auger
Foto: Divulgação / Observatório Pierre Auger

O artigo Probing the radio emission from air showers with polarization measurements traz detalhes sobre a operação dos novos detectores e a explicação e desenvolvimento da técnica de rádio. Por esse motivo, nenhum objetivo de astrofísica é mencionado. “Na literatura, duas teorias explicavam dois efeitos diferentes para emissão de ondas de rádio pelo chuveiro atmosférico, o Efeito geomagnético e Efeito Askaryan, mas as evidências nunca haviam sido medidas. Esse, provavelmente, foi motivo pelo qual o artigo ganhou destaque e foi aceito numa importante revista científica da área”, conta o professor do IFSC.

O próximo passo para o aprimoramento da pesquisa é o investimento, tanto financeiro quanto intelectual, no projeto. “Embora os resultados tenham sido positivos, a técnica de rádio mostrou algumas falhas, o que não a torna o ‘carro-chefe’ de uma nova etapa do Observatório. Apesar disso, os resultados são bons o suficiente para que continuemos investindo, mesmo que, paralelamente, outras técnicas também sejam investigadas”, afirma Luiz Vitor. “Um dos objetivos do Observatório, inclusive, é se tornar um centro de medidas em astrofísica de partículas, o que reforça a intenção de reunir e estudar outros processos”.

Mesmo que num primeiro momento a astrofísica não seja o foco do projeto, a técnica de rádio, apesar de suas limitações, poderá ajudar a trazer explicações que serão utilizadas para o constante melhoramento dos experimentos. Isso permitirá que diversas interrogações sejam finalmente esclarecidas e, consequentemente, possibilitará que a astrofísica avance no seu papel principal de desvendar os inúmeros enigmas de nosso Universo.

Mais informações: (16) 3373-8727 / 3373-9879; email vitor@ifsc.usp.br, com o professor Luiz Vitor de Souza Filho

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