Novos módulos ópticos do IceCube-Gen2 elevam a sensibilidade 4 vezes e abrem caminho a uma matriz de 8 km³
IceCube-Gen2, a próxima geração da arquitetura IceCube, é o sucessor do observatório de neutrinos instalado nas profundezas geladas do Polo Sul. O Gen2 foi concebido como uma expansão da infraestrutura já existente, com o objetivo de aumentar o volume de eventos registados e de reforçar a sensibilidade a neutrinos de energia ultraelevada. Recentemente, o projeto passou para a fase de testes finais antes de ser instalado no gelo. Durante o verão antártico de 2025/2026, está prevista a instalação de 12 protótipos dos novos módulos ópticos (Gen2-DOM) no âmbito da atualização IceCube Upgrade. Este passo assinala a transição do desenvolvimento para a implantação real de uma tecnologia pensada para quadruplicar a sensibilidade a fotões face aos sistemas atuais, mantendo a eficiência na deteção de neutrinos de alta energia mesmo com uma rede pouco densa.
Os principais detetores do observatório encontram-se sob uma camada de gelo com dois quilómetros de espessura. A missão do observatório é registar neutrinos que ajudam a esclarecer a origem dos raios cósmicos e os processos extremos no Universo. A nova matriz de 8 km3 será composta por 120 cordas, com a distância entre elas aumentada para 240 metros, o que permite ampliar o volume de observação sem perder sensibilidade a acontecimentos astrofísicos raros.
Um dos marcos decisivos da arquitetura renovada foi a integração dos dois protótipos concorrentes de módulos - Gen2DC-16 e Gen2DC-18 - num único modelo final. Estes módulos usam fotocátodos segmentados com cobertura angular 4π, assegurando uma captação uniforme de fotões vindos de todas as direções. Os corpos dos módulos são feitos de vidro borossilicato, capaz de suportar uma pressão de funcionamento até 550 bar (teste até 700 bar), algo essencial para operar sob dois quilómetros de gelo. A redução do diâmetro dos módulos para 12,5 polegadas permitiu baixar os custos de perfuração, a parte mais dispendiosa do projeto e um fator determinante no custo total do observatório.
A principal solução de engenharia passou pela utilização de almofadas de gel de silicone para ligar os tubos fotomultiplicadores ao invólucro. Isto reduz ao mínimo as perdas de fotões nas fronteiras entre meios e aumenta a área efetiva de recolha de luz. A eletrónica dos módulos inclui FPGA (chips reprogramáveis para processamento de sinais) e microcontroladores ARM, que asseguram o tratamento dos dados com uma resolução temporal de 2,5 ns. A nova arquitetura wuBase permite ligar até seis módulos a um único par de fios, aumentando a eficiência de transmissão de dados em 18 vezes em comparação com o sistema atual IceCube, mantendo a mesma infraestrutura de cabos.
Os testes laboratoriais confirmaram a fiabilidade dos módulos a temperaturas até -40°C. Foi dada atenção especial à análise do ruído provocado pela contaminação radioativa do vidro (decaimento do potássio-40) e aos padrões de coincidência dos sinais. Esses dados permitiram demonstrar que o sistema consegue distinguir entre ruído interno e eventos físicos reais, como múons atmosféricos.
O projeto IceCube-Gen2 entra agora na fase de escalonamento. A instalação dos primeiros 12 módulos em 2025/2026 abrirá caminho para uma rede de 9600 módulos, sendo que cada novo módulo óptico (Gen2-DOM) apresenta uma sensibilidade integral a fotões 4 vezes superior à dos módulos IceCube atuais. Espera-se que a nova arquitetura permita estudar em detalhe neutrinos de energia ultraelevada. Isso tornará possível registar eventos raros associados a fontes de raios cósmicos, como núcleos galácticos activos e explosões de raios gama.
Entre os autores do projeto estão os principais especialistas do IceCube-Gen2, incluindo D. Butterfield e C. Wendt: juntaram num único dispositivo fotossensores japoneses, vidro alemão e as suas placas exclusivas (wuBase), além de coordenarem o trabalho com fabricantes internacionais (Hamamatsu no Japão, NNVT na China, Nautilus na Alemanha).
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