Pesquisador da UNIFAL-MG integra equipe de experimento de neutrinos no Fermilab

O professor do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT), campus Poços de Caldas, Gustavo do Amaral Valdiviesso, foi o segundo pesquisador a ter seu perfil publicado nas redes sociais do Fermilab, experimento que prevê a construção de detectores de partículas, uma iniciativa bilionária para o estudo dos neutrinos. A ação faz parte da nova campanha de divulgação do projeto, As Faces de DUNE, em que os pesquisadores e estudantes integrantes do experimento compartilharão histórias, experiências e sua visão sobre a ciência.

O Deep Underground Neutrino Experiment, conhecido como DUNE, será o carro chefe mundial em física de neutrinos, movido pela genialidade e experiência de mais de 1000 cientistas em 30 países. Composto por 175 instituições, entre laboratórios e universidades, que estão contribuindo para o desenvolvimento das tecnologias de aceleradores e detectores de partículas para o DUNE em uma jornada para compreender como o universo funciona, este experimento levará uma década para ser construído, e deverá entrar em operação em meados da década de 2020.

O Prof. Gustavo iniciou a missão de um ano no Fermilab em julho de 2017, onde trabalha na instrumentação do detector. O docente da UNIFAL-MG foi o receptor do Intensity Frontier Fellowship, uma linha de financiamento do governo estadunidense para desenvolvimento de novas tecnologias, sendo contemplado também com uma bolsa de pós-doc sênior da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES, o que garantiu que se mudasse com a família para o Fermilab por um ano.

Abaixo a tradução do texto original publicado nas redes sociais com a hashtag #FacesOfDUNE:

"Eu coleciono consoles de videogame dos anos 70 e 80. Sempre fui fascinado pelo hardware que era usado pelas primeiras empresas de videogames. Tento entender como esses primeiros jogos foram programados e as limitações da máquina, e tento entrar na mente dos programadores da época. Eu acho que hoje nós negligenciamos o potencial de nossas máquinas porque estamos tão acostumados a apenas clicar em coisas sem perceber o que está por trás disso. Para mim, não é assim. Quero conhecer a máquina e o sistema. Eu quero ver os pixels dos jogos e quanto mais blips a música faz, melhor. É um hobby, mas me dá uma visão sobre o que eu faço todos os dias. Eu venho de uma formação em simulação, mas vim para o Fermilab como um Intensity Frontier Fellow para aprimorar minhas habilidades trabalhando em hardware e instrumentação. Eu estou mudando o foco da minha pesquisa para que eu possa ser mais mão-na-massa quando chegar a hora do DUNE ser construído. Isso me permite voltar ao Brasil e trabalhar na formação da próxima geração de estudantes que herdarão esta experiência e serão úteis para o DUNE e virão aqui para o Fermilab para tarefas semelhantes."

A UNIFAL-MG na fronteira do conhecimento

A contribuição da UNIFAL-MG para o DUNE acontece com o desenvolvimento de software para simulação e análise de dados. Junto com outros grupos da América Latina, investigamos exaustivamente as previsões teóricas sobre o que o DUNE deverá observar. Há diferentes cenários possíveis dentro das teorias mais aceitas, e inúmeras outras que poderiam contribuir, se confirmadas. O trabalho dos pesquisadores da Instituição é estar preparado para reconhecer os padrões previstos por cada modelo físico e saber distingui-los com a devida significância estatística.

Mas nem somente de DUNE se faz física de neutrinos. Apesar de sua grandiosidade, há perguntas que DUNE não pode responder: aquelas relacionadas a efeitos de curtas distâncias. Para isso o Fermilab mantem o Programa SBN (Short-Baseline Neutrino Program), um conjunto de 3 detectores de neutrinos posicionados em relativa proximidade de sua fonte. Dentre estes, o SBND (Short-Baseline Near Detector) encontra-se há apenas 110m da origem do feixe de neutrinos, e deverá observar interações com neutrinos em números sem precedentes. A tecnologia empregada nestes detectores é a mesma que será usada pelo DUNE, servindo assim como teste em menor escala, 112 toneladas de Argônio líquido, em contrastes com as 70 mil toneladas que serão usadas no DUNE.

Além de oscilações de neutrinos, o SBND tem como objetivo estudar as interações de neutrinos com precisão jamais atingida, oferecendo uma janela ainda pouco explorada para a compreensão da estrutura nuclear da matéria. A UNIFAL-MG foi responsável pelo desenvolvimento da simulação geométrica do SBND: um modelo computacional utilizado para fazer previsões a respeito das interações dos neutrinos e da identificação e reconstrução destes eventos.

A partir do sucesso desta primeira contribuição, o Prof. Gustavo foi contemplado com a Intensity Frontier Fellowship, um financiamento de pesquisa que permitiu sua presença no Fermilab por 12 meses, com o objetivo de abrir novas portas para a UNIFAL-MG, colocando-a também na pesquisa de instrumentação científica. Ao longo deste período, colaborou com grupos sendo o principal delas na execução do VST (Vertical Slice Test), onde as diferentes eletrônicas de aquisição de dados, desenvolvidas por vários laboratórios, foram integradas pela primeira vez e instaladas em um detector miniaturizado. O detector da figura abaixo será mergulhado no Argônio líquido, à -184°C, e exposto a um feixe de partículas. Este experimento servirá para identificar possíveis fontes de ruído e colocará à prova toda a cadeia de instrumentos que realiza a detecção dos neutrinos em SBND.

Parceria Internacional

A participação de pesquisadores e estudantes da UNIFAL-MG nos experimentos do Fermilab levou à aproximação das duas entidades, que deverá se concretizar em breve através de um acordo de cooperação formal. Com a sua assinatura, a UNIFAL-MG passará a ser considerada instituição usuária do Fermilab, permitindo que mais estudantes possam visitar e utilizar as suas instalações.

Um exemplo é o discente Marcos Vinicius dos Santos, do Programa de Pós-graduação em Física (PPGF), que foi contemplado com uma bolsa do NPC (Neutrino Physics Center) para desenvolver parte de seu mestrado no Fermilab. O tema de sua dissertação, sobre a medida de seções de choque em SBND, integrará o programa científico do experimento, que começará a tomar dados em 2019. Com a formalização do acordo, outros canais de financiamento se abrirão permitindo que estudantes, tanto de graduação, quanto de pós, possam ter a mesma experiência que Marcos Vinicius. Desde 2015, quatro bolsistas de iniciação científica e três estudantes de mestrado se envolveram com pesquisas relacionadas ao programa de física de neutrinos do Fermilab.

Com informações e fotos: Gustavo do Amaral Valdiviesso, professor do Instituto de Ciência e Tecnologia do campus Poços de Caldas da UNIFAL-MG