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Câmara de nuvem:
Câmara de nuvem:
o predecessor das LArTPCs
o predecessor das LArTPCs
Uma câmara de nuvens é um dispositivo que permite visualizar a trajetória de partículas ionizantes. Ela foi inventada pelo físico escocês Charles Thomson Rees Wilson (1869–1959). A câmara consiste em um recipiente transparente contendo vapor supersaturado — tipicamente de água ou álcool. Quando partículas ionizantes atravessam esse meio, deixam rastros visíveis formados por pequenas gotículas condensadas ao longo de sua trajetória.
No vídeo abaixo, podemos observar diferentes partículas atravessando a câmara e produzindo esses rastros visíveis.
A física permite compreender e interpretar os traços deixados por diferentes tipos de partículas.
Partículas alpha (2 prótons e 2 nêutrons) tendem a deixar traços curtos e espessos.
Partículas beta (elétrons ou pósitrons) tendem a deixar traços finos em zigue-zague.
Múons (partículas tipo elétrons pesados) tendem a deixar traços longos.
Partículas que decaem rapidamente em outras partículas tendem a deixar traços forqueados.
As imagens acima foram retiradas do trabalho Particle Physics - Cloud Chambers Activities for Schools de Bethany Allison.
Interações de neutrinos em LArTPCs
Interações de neutrinos em LArTPCs
Neutrinos são partículas invisíveis para detectores convencionais e raramente interagem com a matéria. Quando interagem com a matéria — em processos mediados pela chamada força fraca — podem produzir uma partícula carregada que se propaga no meio e que pode ser detectada por nossos equipamentos. Ou seja, nunca “vemos” um neutrino diretamente, mas sim os produtos de suas interações.
Em uma Liquid Argon Time Projection Chamber (LArTPC), tecnologia escolhida para o detector distante do Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), as partículas carregadas em propagação transferem energia aos átomos de argônio, causando excitação ou ionização. Os elétrons resultantes da ionização são acelerados por fortes campos elétricos e coletados por ânodos. Além disso, a desexcitação do argônio produz emissão de luz na região ultravioleta do espectro — mais precisamente no ultravioleta no vácuo (VUV) — que também é coletada pelos detectores de luz.
Dados obtidos pelo DUNE e inteligência artificial
Dados obtidos pelo DUNE e inteligência artificial
A luz e a carga coletadas pelo experimento produzem dados que são processados para que possamos determinar as propriedades do neutrino que interagiu, a partir dos produtos de sua interação — em um verdadeiro trabalho de detetive no mundo subatômico. O sinal da carga, acompanhado de dados precisos sobre o instante em que foi coletado, permite a formação de imagens nas quais podemos visualizar a trajetória das partículas carregadas com precisão de poucos milímetros.
Imagens de traços ocorridos em um detector, construídas das cargas coletadas, no experimento ProtoDUNE.
Para tornar a análise ainda mais desafiadora, esses sinais podem estar misturados a sinais produzidos por partículas que não foram geradas por neutrinos e que, portanto, precisam ser corretamente classificados. Cada tipo de interação apresenta um padrão característico, e uma das primeiras tarefas desse “detetive” é identificar cada um desses sinais nos dados.
No entanto, ocorrem milhares desses eventos a cada segundo, um volume muito além da capacidade humana de filtragem e classificação manual. Para superar esse desafio, os pesquisadores brasileiros Laura Paulucci e Franciole Marinho desenvolvem simulações computacionais altamente precisas da física que ocorre dentro do experimento. Essas simulações servirão de base para as análises que serão realizadas com os dados reais.
Dados de simulação da luz coletada pelas ARAPUCAS do DUNE, de acordo com o ponto onde ocorreu um evento.
As simulações são utilizadas, então, para treinar redes neurais, que serão capazes de classificar os traços e transformar os dados reais obtidos em informações úteis, contribuindo para desvendar os mistérios que envolvem os neutrinos.
No experimento MicroBooNE foi demonstrado que é possível utilizar redes neurais para distinguir traços de chuveiros deixados por partículas. Fonte: Fermilab news
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