Detector no Mediterrâneo registra o neutrino mais energético já observado na história da ciência

Um evento extraordinário registrado no fundo do Mar Mediterrâneo em 13 de fevereiro de 2023 revelou a passagem do neutrino mais energético já observado. A partícula, batizada de KM3-230213A, foi captada pelo detector ARCA e teve seus dados publicados na revista Nature em fevereiro de 2025, após dois anos de análises técnicas.

O neutrino apresentou uma energia estimada de 220 PeV (220 milhões de bilhões de elétron-volts), escala que supera drasticamente a capacidade tecnológica humana. Para efeito de comparação, a energia da partícula é cerca de 16 mil vezes maior do que a alcançada pelo Large Hadron Collider (LHC), em Genebra, que colide prótons a 13,6 TeV. Esse abismo de magnitude indica que a partícula originou-se de processos cósmicos naturais extremos, como magnetares, galáxias ativas ou buracos negros supermassivos.

A detecção ocorreu de forma quase horizontal, após o neutrino atravessar aproximadamente 140 km de água e rocha. Essa trajetória foi fundamental para o sucesso do registro, pois ofereceu matéria suficiente para favorecer a interação da partícula sem que ela fosse completamente absorvida pela Terra. O impacto resultou na ativação de mais de um terço dos fotomultiplicadores do detector, gerando uma assinatura luminosa clara e compatível com origem cósmica.

O registro foi possível graças à infraestrutura do KM3NeT, um projeto europeu que utiliza as profundezas do Mediterrâneo como instrumento científico. O sistema é composto por dois detectores: o ARCA, localizado a 3.500 metros de profundidade ao largo da Sicília, focado em neutrinos cósmicos de alta energia, e o ORCA, situado a 2.450 metros próximo a Toulon, na França, dedicado ao estudo de neutrinos atmosféricos e suas oscilações para compreender a hierarquia de massa dessas partículas.

A captura de neutrinos é complexa devido à natureza dessas partículas, que possuem carga elétrica nula, massa quase zero e raramente interagem com a matéria. Quando um neutrino de altíssima energia atinge um núcleo atômico na água, ele provoca uma cascata de partículas secundárias que se movem mais rápido que a luz naquele meio, gerando a radiação Cherenkov — um flash de luz azul captado por sensores ultraprecisos.

O detector ARCA foi projetado com uma geometria ampla para capturar eventos raros. Em sua configuração final, contará com 230 cordas verticais de 800 metros de comprimento, espaçadas por 95 metros. Cada corda abriga 18 módulos ópticos, totalizando 128.340 fotomultiplicadores capazes de converter fótons em sinais elétricos. Já o ORCA possui uma estrutura mais densa, com cordas de 400 metros espaçadas por apenas 20 metros, visando medir sinais mais fracos na faixa de GeV.

A escolha do fundo do mar deve-se à escuridão absoluta, que elimina interferências luminosas, e à transparência da água. O sistema opera sob pressões extremas, com dados transmitidos via cabos eletro-ópticos para laboratórios em Catânia (Sicília) e La Seyne-sur-Mer (França).

Quando estiver totalmente operacional, o KM3NeT instrumentará mais de um quilômetro cúbico de água com cerca de 200 mil fotomultiplicadores distribuídos em 345 cordas. Essa capacidade permitirá complementar as observações do IceCube, no Polo Sul, oferecendo uma nova perspectiva de detecção e reconstrução de trajetórias de partículas vindas do cosmos.