O Observatório de Neutrinos Subterrâneo de Jiangmen (JUNO) completou com sucesso o enchimento do seu detector de 20.000 toneladas de scintilador líquido e iniciou a coleta de dados em 26 de agosto. Após mais de uma década de preparação e construção, JUNO é o primeiro de uma nova geração de experimentos de neutrinos muito grandes a alcançar esse estágio. A operação inicial de teste e a coleta de dados mostram que os principais indicadores de desempenho atenderam ou superaram as expectativas de design, permitindo que JUNO enfrente uma das grandes questões em aberto da física de partículas nesta década: a ordenação das massas de neutrinos – se o terceiro estado de massa (ν₃) é mais pesado que o segundo (ν₂).
O Prof. Yifang Wang, pesquisador do Instituto de Alta Energia (IHEP) da Academia Chinesa de Ciências e porta-voz do JUNO, disse: “Completar o enchimento do detector JUNO e iniciar a coleta de dados marca um marco histórico. Pela primeira vez, temos em operação um detector dessa escala e precisão dedicado aos neutrinos. JUNO nos permitirá responder a perguntas fundamentais sobre a natureza da matéria e do universo.”
Localizado a 700 metros abaixo da superfície, perto da cidade de Jiangmen, na província de Guangdong, o JUNO detecta antineutrinos produzidos a 53 quilômetros de distância pelas usinas nucleares de Taishan e Yangjiang e mede seu espectro de energia com precisão recorde. Ao contrário de outras abordagens, a determinação da ordenação das massas pelo JUNO é independente dos efeitos da matéria na Terra e em grande parte isenta de degenerações de parâmetros. O JUNO também irá proporcionar melhorias ordinais na precisão de vários parâmetros de oscilação de neutrinos e permitir estudos de ponta sobre neutrinos do Sol, supernovas, da atmosfera e da Terra. Além disso, abrirá novas janelas para explorar física desconhecida, incluindo buscas por neutrinos estéreis e desintegração de prótons.
Proposto em 2008 e aprovado pela Academia Chinesa de Ciências e pela província de Guangdong em 2013, o JUNO iniciou a construção subterrânea em 2015. A instalação do detector começou em dezembro de 2021 e foi concluída em dezembro de 2024, seguida por uma campanha de enchimento em fases. Em 45 dias, a equipe preencheu 60.000 toneladas de água ultra-pura, mantendo a diferença de nível do líquido entre as esferas acrílicas interna e externa dentro de centímetros e garantindo que a incerteza da taxa de fluxo ficasse abaixo de 0,5%, salvaguardando a integridade estrutural. Nos seis meses seguintes, 20.000 toneladas de scintilador líquido foram preenchidas na esfera acrílica de 35,4 metros de diâmetro, enquanto deslocavam a água. Durante todo o processo, foram atendidos requisitos rigorosos de ultra-alta pureza, transparência óptica e radioatividade extremamente baixa. Em paralelo, a colaboração conduziu depuração, comissionamento e otimização do detector, permitindo uma transição harmoniosa para operações plenas ao término do enchimento.
No coração do JUNO está um detector de scintilador líquido central com uma massa efetiva sem precedentes de 20.000 toneladas, alojado no centro de uma piscina de água de 44 metros de profundidade. Uma estrutura de treliça de aço inoxidável de 41,1 metros de diâmetro suporta a esfera acrílica de 35,4 metros, o scintilador, 20.000 tubos fotomultiplicadores (PMTs) de 20 polegadas, 25.600 PMTs de 3 polegadas, eletrônica de ponta, cabeamento, bobinas de compensação anti-magnética e painéis ópticos. Todos os PMTs operam simultaneamente para capturar a luz de scintilação das interações de neutrinos e convertê-la em sinais elétricos.
A Prof. MA Xiaoyan, Engenheira Chefe do JUNO, comentou: “A construção do JUNO foi uma jornada de desafios extraordinários. Exigiu não apenas novas ideias e tecnologias, mas também anos de planejamento, testes e perseverança. Atender aos rigorosos requisitos de pureza, estabilidade e segurança exigiu a dedicação de centenas de engenheiros e técnicos. O trabalho em equipe e a integridade deles transformaram um projeto audacioso em um detector em funcionamento, pronto agora para abrir uma nova janela no mundo dos neutrinos.”
O JUNO é acolhido pelo IHEP e envolve mais de 700 pesquisadores de 74 instituições em 17 países e regiões. “A conquista histórica que anunciamos hoje é também um resultado da frutífera cooperação internacional garantida por muitos grupos de pesquisa fora da China, trazendo para o JUNO sua experiência de adequações anteriores de scintilador líquido. A comunidade mundial de scintilador líquido levou a tecnologia até suas últimas fronteiras, abrindo caminho para os ambiciosos objetivos científicos do experimento”, comentou o Prof. Gioacchino Ranucci, porta-voz adjunto do JUNO e Professor na Universidade de Milão e INFN-Milano.
O JUNO foi projetado para uma vida científica de até 30 anos, com uma credível possibilidade de atualização para uma busca de classe mundial por desintegração beta dupla sem neutrinos. Tal atualização examinaria a escala absoluta de massa dos neutrinos e testaria se os neutrinos são partículas de Majorana, abordando questões fundamentais que abrangem a física de partículas, astrofísica e cosmologia, moldando profundamente nossa compreensão do universo.