Cientistas suíços capturam neutrinos com câmera 3D ultrarrápida

Pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Zurique e da Escola Politécnica Federal de Lausanne criaram um protótipo inédito para registrar neutrinos.

O sistema denominado PLATON captura imagens tridimensionais das partículas elementares em tempo real com altíssima precisão. A inovação foi detalhada pelo portal phys.org em matéria especializada.

O projeto propõe substituir os caros blocos segmentados de cintiladores por um volume contínuo de material sensível. Essa abordagem reduz custos de forma significativa e eleva a sensibilidade dos detectores de partículas.

O projeto é liderado pelo doutorando Till Dieminger, pelo cientista sênior Saúl Alonso-Monsalve e pelo professor Davide Sgalaberna da ETH Zurich. Eles trabalham em parceria com o professor Edoardo Charbon, que dirige o Laboratório de Arquitetura Quântica Avançada da EPFL.

A equipe publicou os resultados dos testes do protótipo na revista Nature Communications. A tecnologia se inspira nas câmeras de campo luminoso e emprega uma matriz de microlentes posicionada entre a lente principal e o sensor.

Cada microlente captura não só a intensidade da luz, mas também sua direção e profundidade. O sistema integra ainda o sensor SwissSPAD2, desenvolvido pela equipe de Charbon.

Esse arranjo de diodos de avalanche de fóton único permite reconstruir trajetórias tridimensionais com precisão notável. O sensor oferece detecção de fótons em janelas temporais controladas que filtram ruídos de fundo.

Essa característica é vital para distinguir interações reais de neutrinos e buscas por matéria escura. Nos experimentos de laboratório, o protótipo detectou trajetórias usando apenas cinco fótons registrados.

Ele localizou com exatidão elétrons emitidos por uma fonte de estrôncio-90 dentro de um cintilador plástico. Os resultados experimentais coincidiram com as simulações computacionais realizadas pela equipe.

Os pesquisadores agora planejam incorporar um novo sensor SPAD com eficiência superior e resolução temporal na escala de sub-nanosegundos. Essa melhoria transformará o PLATON em uma câmera ultrarrápida de partículas capaz de registrar o instante exato de cada detecção.

As simulações apontam para resolução inferior a um milímetro em volumes de dez centímetros cúbicos. O sistema mantém poucos milímetros de resolução mesmo em volumes de até um metro cúbico, equiparando-se aos melhores detectores cintiladores tradicionais sem a necessidade de segmentação física do material.

A equipe registrou três patentes para a aplicação do PLATON em tomografia por emissão de pósitrons. Essas patentes abrangem o conceito do scanner e métodos de reconstrução de imagem baseados em redes neurais.

As redes neurais se inspiram nas arquiteturas Transformer de modelos de linguagem e identificam correlações entre fótons detectados. Essa integração de inteligência artificial eleva a fidelidade das imagens tridimensionais tanto na pesquisa fundamental quanto na medicina diagnóstica.

Tecnologias oriundas da física de partículas historicamente geram inovações para o uso cotidiano, como a criação da World Wide Web. O desenvolvimento suíço pode dar origem a uma nova geração de detectores ópticos que fotografam neutrinos e aprimoram a precisão de exames médicos.

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