Detectores Cintiladores – Neutrinos

Detectores Cintiladores

Esse tipo de detector tem uma estrutura parecida ao detector Cherenkov. A maioria utiliza um grande recipiente preenchido com um material cintilador cercado por uma camada de água. Essa água tem a função de diminuir a radiação na parte mais interna do detector. Esse conjunto é envolto por uma grande quantidade de sensores de luz, os tubos Fotomultiplicadores.

O material cintilador aumenta a probabilidade do neutrino interagir com a matéria e produz uma luz mais intensa após as interações. O uso desse detector torna possível a detecção de neutrinos de baixa energia (inferior a 1MeV), como os Geoneutrinos e neutrinos solares de baixas energias.

Estrutura de um detector Cintilador (SNO+)

Como um neutrino é detectado?

O material cintilador é capaz de detectar neutrinos na interação deles com elétrons ou prótons. Nas duas situações há emissão de luz, caracterizando a presença de neutrinos indiretamente.

Interação do Antineutrino com Próton:

Os detectores cintiladores possuem a capacidade de detectar Antineutrinos do Elétron, a partir de uma reação conhecida como decaimento beta inverso. Nesse processo, o antineutrino é detectado após a observação de 2 sinais de luz, conforme apresentado na figura.

Quando um Antineutrino do Elétron interage com um Próton ocorre o decaimento beta inverso, produzindo um Pósitron e um Nêutron (1).

O Pósitron rapidamente se encontra com um Elétron e ambos se aniquilam, produzindo luz no interior do detector (2). O outro flash de luz surge quando o Nêutron é capturado por um Próton ou núcleo próximo (3). Ambos os sinais de luz acontecem quase que instantaneamente. Logo, os cientistas podem confirmar a presença do Antineutrino do Elétron quando observam sua assinatura, um duplo sinal de luz.

Interação do neutrino com elétron:

O material cintilador emite luz quando atravessado por uma partícula carregada. Quando um neutrino invade o detector e atinge algum Elétron do material cintilador há transferência de energia entre ambos. O Elétron que estava, praticamente, em repouso passa a se movimentar dentro do material cintilador, emitindo luz. Quanto maior a velocidade dele, maior será a luz emitida. Esse sinal é captado pelos milhares de fotomultiplicadores do detector, traçando a assinatura da interação com um neutrino.

Conheça alguns experimentos que utilizam materiais cintiladores

Atualmente, muitos experimentos utilizam materiais cintiladores para detecção de neutrinos, por exemplo: o DUNE (EUA), o Borexino (Itália), o SNO+ (Canadá) e o KamLand (Japão).