Pesquisadores do Askaryan Radio Array (ARA) registraram 13 sinais de rádio a 200 metros de profundidade no gelo antártico, atribuídos a raios cósmicos de alta energia, e não a neutrinos. A observação, feita com uma das cinco estações enterradas do experimento, foi obtida durante 208 dias de coleta em 2019 e publicada na revista Physical Review Letters.

O que foi encontrado

O ARA isolou 13 eventos de ondas de rádio que, segundo os autores do artigo, têm origem em raios cósmicos de altíssima energia. A análise recorreu a novas técnicas de simulação para separar sinais de interesse do ruído de fundo, resultando em um nível de confiança de 5,1 sigma — o padrão adotado em física para confirmar descobertas.

Contexto teórico: efeito Askaryan

O fenômeno verificado corresponde ao efeito previsto por Gurgen Askaryan em 1962: quando uma partícula de alta energia colide com um meio denso, como gelo ou rocha, gera uma cascata de partículas secundárias que produz um excesso de elétrons e, consequentemente, um pulso de radiação em radiofrequência. O efeito já havia sido observado em aceleradores de partículas nos anos 2000 e em chuvas atmosféricas, mas faltava confirmação direta dentro do gelo.

Por que isso importa

A detecção confirma que sinais de rádio no gelo podem ser gerados por cascatas de partículas, o que valida o método para buscas futuras. Ao contrário da radiação Cherenkov — usada tradicionalmente para detectar neutrinos e que gera lampejos azuis quando partículas viajam mais rápido que a luz no meio, onde a velocidade da luz é de cerca de 225 mil km/s — as ondas de rádio sofrem pouca atenuação ao percorrer longas distâncias no gelo. Isso permite monitorar volumes bem maiores com menos equipamento, potencialmente viabilizando a detecção de neutrinos de energia extremamente alta que seriam difíceis de capturar por detectores Cherenkov tradicionais, que exigiriam volumes da ordem de centenas de quilômetros cúbicos.

Diferenciação entre raios cósmicos e neutrinos

Embora o pulso de rádio gerado por raios cósmicos seja semelhante ao produzido por neutrinos, há uma distinção importante: raios cósmicos, como prótons ou núcleos atômicos, interagem nas camadas superiores do gelo e não penetram profundamente, enquanto neutrinos podem atravessar grandes profundidades antes de interagir. Segundo Philipp Windischhofer, da Universidade de Chicago e membro da equipe, existia a hipótese de que alguns eventos detectados poderiam resultar de raios cósmicos impactando a camada superior de gelo. As novas simulações permitiram separar esses sinais do fundo e confirmar que os 13 eventos analisados têm origem em raios cósmicos.

Imagem: Divulgação

Com a confirmação do efeito Askaryan no gelo, os pesquisadores apontam para observações em maiores profundidades, onde sinais causados por raios cósmicos seriam improváveis, na busca por neutrinos de energia ainda mais alta. Caso essa abordagem seja bem-sucedida, a técnica poderá possibilitar a primeira detecção de neutrinos por meio de ondas de rádio e abrir uma nova janela para estudar fontes extremas do universo, como núcleos ativos de galáxias e explosões de raios gama. O gelo da Antártida segue sendo um laboratório natural valioso para esse tipo de investigação.





Com informações de Olhardigital