Em 1930, Wolfgang Pauli propôs a existência de uma partícula muito leve e sem carga elétrica, que Enrico Fermi batizou de neutrino. Contudo, evidências experimentais da sua existência só foram encontradas em 1956, por uma equipe de cientistas liderada pelos físicos Frederick Reines e Clyde Cowan, que detectaram antineutrinos de elétrons produzidos por um reator nuclear na usina de Savannah River.

Neutrinos são o segundo tipo de partículas mais abundante no universo (em primeiro lugar estão os fótons), com cerca de aproximadamente 100 trilhões passando pelo nosso corpo a cada segundo. Todavia esses neutrinos raramente interagem com a matéria, o que faz com que eles sejam extremamente difíceis de estudar e sejam pouco compreendidos.

Os neutrinos são representados pela grega "ν" (nu).

Crédito: frontiers magazine ( https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2022.1034181 )

Detectar neutrinos é difícil, pois eles interagem pouco com a matéria. Para contornar isso, DUNE está construindo um detector de grande escala. Vamos produzir um feixe de neutrinos de alta potência (maior já produzido), que chegarão a 4 criostatos enormes (cada um com 65,8 m de comprimento, 18,9 m de largura e 17,8 m de altura), recheados com 70.000 toneladas argônio líquido (que é um excelente cintilador, produzindo luz e cargas elétricas para quaisquer interações). Desse modo garantimos que conseguiremos observar neutrinos suficientes para nossas medições (apesar de serem apenas uma fração do total). Entre a produção e a detecção dos neutrinos, eles passarão por um trajeto de 1.300km por dentro da terra, tendo tempo suficiente para oscilar.

O gás hidrogênio pode ser ionizado, deixando apenas prótons expostos. DUNE utilizará um acelerador de partículas de 800 milhões de elétron volts (em desenvolvimento no projeto PIP-II https://pip2.fnal.gov/) para acelerar esses prótons a altíssimas velocidades contra um alvo de grafite, que após algumas interações atômicas, decaimento e processos de filtração, deixará apenas um feixe de neutrinos. O vídeo abaixo pode dar mais detalhes (em inglês, da Symmetry Magazine)

Logo após a produção, o feixe de neutrinos passará por uma série de detectores próximos, no complexo chamado de Near Detector (ND). Esse complexo terá três detectores, dois dos quais poderão ser colocados e retirados da linha do feixe. Os dois detectores móveis têm alvos de 50 toneladas de argônio líquido (ND - LAr na figura), 1 tonelada de argônio gasoso (ND - GAr na figura) e sistemas de captura de sinal elétrico e de detecção de fótons. O terceiro detector monitorará o feixe de neutrinos (SAND na figura).

Créditos: Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) Near Detector Conceptual Design Report

Os neutrinos do múon, que compoẽm quase 100% do feixe, viajarão por 1.300 km, oscilando durante a viagem e chegarão ao Far Detector (FD), que será composto por 4 LArTPCs (Liquid Argon Time Projection Chambers) de tamanho sem precedentes cada um com 65,8 m de comprimento, 18,9 m de largura e 17,8 m de altura e utilizando um total de 70.000 toneladas de argônio líquido. Cada LArTPC é envolta por um criostato enorme para conseguir manter o argônio na forma líquida, abaixo de -184ºC.