Como é a viagem até as cavernas gigantes onde cientistas investigam a origem do universo

O caminho até elas passa por um elevador que leva cientistas às profundezas da Terra. Em um vídeo gravado exclusivamente para o g1, pesquisadores do Projeto Dune mostram o percurso até o laboratório subterrâneo, construído para abrigar um dos experimentos científicos mais ambiciosos do mundo.

As instalações ficam na cidade de Lead e receberão detectores de partículas capazes de ajudar a desvendar mistérios sobre a origem e a evolução do universo. Entre as tecnologias utilizadas estarão equipamentos desenvolvidos pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Esta reportagem faz parte da série “Unicamp 60”, produzida pela EPTV em comemoração às seis décadas da Universidade Estadual de Campinas. Exibida no EPTV 2, a produção reúne cinco episódios que mostram, por meio de pesquisas e histórias de vida, como a universidade transforma a sociedade e contribui para o desenvolvimento do Brasil.

🔎 Por que o laboratório fica tão fundo na Terra?

Pesquisadores percorrem cavernas subterrâneas a 1,6 km de profundidade, em Dakota do Sul, nos Estados Unidos, onde serão instalados os detectores de neutrinos do Projeto Dune — Foto: Fermilab's Communication

As cavernas foram escavadas para abrigar detectores que vão estudar neutrinos, partículas subatômicas tão difíceis de observar que ficaram conhecidas como partículas fantasmas.

Produzidos naturalmente em fenômenos como as reações nucleares do Sol, os neutrinos atravessam planetas, rochas e até o corpo humano praticamente sem interagir com a matéria.

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A profundidade do laboratório ajuda a bloquear grande parte da radiação cósmica que chega à superfície, reduzindo interferências nas medições.

O experimento funcionará da seguinte forma:

• O ponto de partida: um acelerador de partículas no Fermilab, laboratório próximo a Chicago, produzirá um feixe de neutrinos.
• A viagem: as partículas percorrerão aproximadamente 1,3 mil quilômetros através da Terra até Dakota do Sul.
• A chegada: detectores gigantes, abastecidos com argônio líquido, registrarão os raros momentos em que os neutrinos interagirem com a matéria.

As escavações das cavernas foram concluídas em agosto de 2024. Agora, o trabalho está concentrado na instalação dos equipamentos que permitirão a realização do experimento.

Qual é o papel da Unicamp?

Projeto Dune: túnel onde argônio líquido puríssimo será despejado para ação dos neutrinos — Foto: Fermilab/Divulgação

A participação brasileira é fundamental para o funcionamento dos detectores. Pesquisadores liderados pela Unicamp desenvolveram duas tecnologias que serão utilizadas no laboratório subterrâneo.

A primeira é um sistema de purificação de argônio líquido, responsável por remover impurezas que poderiam comprometer os resultados. Cada um dos quatro detectores previstos terá aproximadamente 17 mil toneladas da substância.

"Os pesquisadores do Brasil, liderados pela Unicamp, conseguiram desenvolver uma metodologia inovadora de purificação de argônio líquido para remover oxigênio e nitrogênio", explicou o físico Pascoal Pagliuso, coordenador da pesquisa na universidade.

A segunda tecnologia é o X-Arapuca, um dispositivo que capta sinais luminosos produzidos quando os neutrinos interagem com o argônio.

Como essas interações são extremamente raras, registrar a maior quantidade possível de informações é essencial para o estudo.

Segundo a física Ana Amélia Bergamini Machado, da Unicamp, os sinais captados pelos sensores permitem medir propriedades das partículas, como sua energia.

Além da Unicamp, a relação de pesquisadores do projeto inclui profissionais das seguintes instituições:

• Universidade Federal de São Carlos (UFSCar);
• Universidade de São Paulo (USP), em São Carlos;
• Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ);
• Universidade Federal de Alfenas (Unifal);
• Universidade Federal do ABC (UFABC);
• Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA);
• Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR);
• Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF);
• Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM);
• Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI);
• Universidade de Liverpool, no Reino Unido.

O investimento total no megaprojeto é de aproximadamente R$ 20 bilhões. A participação brasileira corresponde a cerca de R$ 200 milhões, com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep).

🌌 O que os cientistas esperam descobrir?

Detector de lux X-Arapuca foi desenvolvido pela Unicamp e será utilizado no megaexperimento científico Dune — Foto: Felipe Bezerra/Unicamp

O Dune, sigla em inglês para Experimento de Neutrinos no Subsolo Profundo, reúne mais de 200 instituições de pelo menos 35 países e busca compreender propriedades dos neutrinos que ainda desafiam a física.

Uma das principais perguntas é por que a matéria prevaleceu sobre a antimatéria após o Big Bang, permitindo a formação de estrelas, planetas e, eventualmente, da vida.

"O modelo mais aceito pela comunidade da origem do universo é o Big Bang. Mas como ele aconteceu e como ele evoluiu a como o universo é hoje, funciona hoje, ainda é um mistério muito grande", afirmou Pagliuso.

Os cientistas também pretendem estudar neutrinos produzidos em explosões de estrelas, que podem fornecer informações sobre a formação de estrelas de nêutrons e buracos negros.

A previsão apresentada pelos pesquisadores é que os detectores possam começar a estudar neutrinos de origem natural antes da operação completa do feixe produzido pelo Fermilab.

Para Pagliuso, o projeto busca respostas que vão muito além da física de partículas.

"Quando a gente pensa no universo de forma lúdica, a gente quer entender quem somos, de onde viemos e para onde vamos", afirmou.

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