Experimento CONNIE recebe destaque na revista Symmetry

O experimento CONNIE, que conta com grande participação brasileira e de pesquisadoras e alunos do Laboratório de Física de Partículas Elementares (LAPE) do Instituto de Física da UFRJ, foi destaque em matéria da revista Symmetry [1]. Uma colaboração das Américas, o experimento tem como objetivo observar as primeiras detecções de espalhamento coerente de neutrinos de baixa energia em núcleos de silício e buscar por física além do modelo padrão.

A colaboração internacional conta com cerca de trinta físicos e engenheiros, incluindo as professoras do IF-UFRJ Carla Bonifazi e Irina Nasteva. O projeto foi idealizado pelo físico Juan Estrada, do Fermilab, em 2010 e instalado no laboratório adjacente ao reator Angra 2 em dezembro de 2014 [2], aproveitando o reator como fonte abundante de neutrinos. Após cinco anos de desenvolvimento no local, CONNIE agora atingiu o estágio em que pode ser operado continuamente e totalmente remotamente.

O detector de CONNIE contém 14 CCDs (sigla em ingês para dispositivos de carga acoplada), sensores de silício muito utilizados na astronomia que recentemente tiveram aplicação também na busca pela detecção de matéria escura e, agora, neutrinos. A detecção ocorreria por meio de um processo elusivo chamado espalhamento elástico coerente do neutrino no núcleo, no qual neutrinos de baixa energia podem rebater diretamente nos núcleos dos átomos da matéria, gerando um pequeno recuo dos núcleos. Para observar esse processo delicado, é necessário atingir níveis de ruído muito baixos nos detectores e ter excelente conhecimento da contaminação de fundo devida à radioatividade natural e raios cósmicos. 

“A estratégia de análise é reator ligado menos reator desligado, subtraindo a contribuição do fundo, e a hipótese que você está fazendo é que o fundo não muda com o tempo”, diz Carla Bonifazi, física e professora da UFRJ, que lidera o experimento localmente. 

Embora o processo de detecção ainda não tenha revelado os neutrinos do reator, os pesquisadores estão cada vez mais atentos aos desafios. Com os resultados da última análise em 2019 [3], CONNIE foi sensível o suficiente para obter um limite da taxa de neutrinos de ~40 vezes as interações previstas pelo modelo padrão. Mas isto foi suficiente para colocar o melhor limite mundial [4] a alguns modelos de interações não padrão dos neutrinos mediadas por novas partículas, os quais predizem que os neutrinos interagem muito mais com a matéria do que esperado atualmente.

Agora, a colaboração pretende atualizar o detector com uma nova geração tecnológica de CCDs, chamados skipper CCDs, os quais conseguem medir com precisão até a carga minúscula de um único elétron. Neste upgrade, previsto para 2021, os pesquisadores esperam detectar finalmente os neutrinos do reator de Angra por meio do processo de espalhamento coerente.

“Fica claro que CONNIE é o experimento de física de partículas mais significativo no Brasil”, diz Bonifazi. “Isso nos coloca na linha de frente do conhecimento.”

[1] CONNIE gets closer to picturing reactor neutrinos, Symmetry Magazine, https://www.symmetrymagazine.org/article/connie-gets-closer-to-picturing-reactor-neutrinos

[2] Results of the engineering run of the Coherent Neutrino Nucleus Interaction Experiment (CONNIE), CONNIE collaboration, JINST 11 (2016) P07024, https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/11/07/P07024 

[3] Exploring low-energy neutrino physics with the Coherent Neutrino Nucleus Interaction Experiment, CONNIE collaboration, Phys. Rev. D 100 (2020) 092005, https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.092005 

[4] Search for light mediators in the low-energy data of the CONNIE reactor neutrino experiment, CONNIE collaboration, JHEP 04 (2020) 54, https://doi.org/10.1007/JHEP04(2020)054