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Japão esconde sob uma montanha um gigante de 50 milhões de litros de água ultrapura e 13 mil sensores: Super-Kamiokande detecta partículas quase invisíveis e ajuda a revelar alguns dos maiores mistérios do Universo
Escrito por Valdemar Medeiros
Publicado em 08/09/2026 às 14:39
Atualizado em 08/09/2026 às 14:40
Ciência e Tecnologia
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Sob uma montanha no Japão, o Super-Kamiokande, o maior detector de neutrinos do mundo, guarda milhões de litros de água tão pura que se torna corrosiva e revela segredos dos neutrinos e do cosmos.
Sob uma montanha na região de Kamioka, na cidade de Hida, província de Gifu, no Japão, funciona uma das instalações científicas mais impressionantes já construídas. Localizado 1.000 metros abaixo do solo, dentro da mina de Kamioka, o Super-Kamiokande ocupa uma enorme cavidade subterrânea dominada por um tanque cilíndrico de aço inoxidável cercado por milhares de sensores de luz.
O detector possui 39,3 metros de diâmetro e 41,4 metros de altura e utiliza cerca de 50 mil toneladas de água altamente purificada como meio para detectar algumas das partículas mais difíceis de observar da natureza. Nas paredes internas e externas do equipamento estão aproximadamente 13 mil tubos fotomultiplicadores, responsáveis por registrar os minúsculos sinais luminosos produzidos pelas interações de partículas dentro da água.
É o Super-Kamiokande, um dos grandes símbolos da física de neutrinos e descrito pela própria Universidade de Tóquio como o maior observatório de partículas cósmicas do tipo Cherenkov em água em operação. Desde 1996, suas observações vêm ajudando pesquisadores a estudar neutrinos solares, atmosféricos e produzidos artificialmente, além de procurar sinais de supernovas e do hipotético decaimento do próton.
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Paulo Nogueira
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A água ultrapura é essencial para o funcionamento do Super-Kamiokande
Um dos aspectos que mais chamam atenção no Super-Kamiokande é justamente a água utilizada em seu interior. O sistema remove continuamente poeira microscópica, íons, bactérias, radônio e outras impurezas capazes de dispersar a luz ou produzir ruído indesejado nos sensores.
Águas extremamente purificadas também podem apresentar comportamento mais agressivo diante de determinados materiais, porque sua baixa concentração de íons favorece processos de lixiviação e dissolução de componentes presentes em algumas superfícies. Isso, porém, não significa que a água tenha se transformado em um ácido ou em uma substância corrosiva convencional.
Além disso, o Super-Kamiokande atual já não opera apenas com água ultrapura sem aditivos. Desde 2020, o projeto SK-Gd introduziu sulfato de gadolínio na água para ampliar a capacidade de identificar nêutrons e melhorar especialmente a busca por neutrinos produzidos por antigas explosões de supernovas.
Mesmo com o gadolínio dissolvido, o sistema de circulação continua retirando outras impurezas e preservando a transparência necessária para que os sensores consigam enxergar os sinais luminosos extremamente fracos produzidos dentro do tanque.
Como funciona o gigantesco detector de neutrinos japonês
O Super-Kamiokande utiliza um tanque contendo 50 mil toneladas de água, quantidade equivalente a aproximadamente 50 milhões de litros. No detector interno existem 11.129 tubos fotomultiplicadores de 20 polegadas, enquanto outros 1.885 sensores menores fazem parte do detector externo.
Esses sensores funcionam como milhares de “olhos” extremamente sensíveis voltados para o interior do tanque. Eles não detectam diretamente o neutrino.
Isso ocorre porque os neutrinos praticamente não interagem com a matéria. Trilhões dessas partículas atravessam nossos corpos constantemente sem produzir qualquer efeito perceptível.
Eventualmente, entretanto, um neutrino interage com um elétron ou com partículas existentes nos núcleos dos átomos da água. Essa interação pode produzir uma partícula eletricamente carregada que atravessa a água em velocidade superior à velocidade com que a luz se propaga nesse meio.
Quando isso acontece, surge a chamada radiação Cherenkov, um cone extremamente rápido de luz cuja geometria pode ser registrada pelos tubos fotomultiplicadores espalhados pelas paredes do tanque.
A partir da quantidade de luz, do momento em que cada sensor é atingido e da distribuição espacial desses sinais, os pesquisadores conseguem reconstruir características do evento, como direção, energia, posição da interação e até informações sobre o tipo de partícula produzida.
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Por que o Super-Kamiokande foi construído 1.000 metros abaixo da superfície
Instalar o detector profundamente abaixo de uma montanha não foi uma decisão estética. A enorme quantidade de rocha existente acima do Super-Kamiokande funciona como um escudo natural contra grande parte das partículas produzidas pelos raios cósmicos.
Na superfície terrestre, essas partículas poderiam atingir o detector continuamente e gerar uma quantidade enorme de sinais capazes de mascarar os eventos raros que os pesquisadores querem estudar.
A cerca de 1.000 metros de profundidade na mina de Kamioka, grande parte desse ruído é reduzida pela própria montanha. Os neutrinos, por outro lado, conseguem atravessar enormes quantidades de matéria quase sem serem afetados.
Essa combinação transforma o interior da montanha japonesa em um ambiente excepcional para procurar interações que seriam extremamente difíceis de identificar na superfície.
A descoberta do Super-Kamiokande que levou ao Nobel de Física
Foi justamente no Super-Kamiokande que ocorreu uma das descobertas mais importantes da física de partículas moderna.
Em 1998, Takaaki Kajita e pesquisadores da colaboração Super-Kamiokande apresentaram evidências convincentes de que neutrinos produzidos na atmosfera estavam mudando de identidade durante sua trajetória até o detector. O fenômeno ficou conhecido como oscilação de neutrinos.
Os dados mostravam que o comportamento dos neutrinos dependia da distância percorrida. Neutrinos que haviam atravessado grande parte da Terra antes de chegar ao detector apareciam em proporções diferentes daqueles produzidos na atmosfera acima do Japão.
A explicação era extraordinária: os neutrinos podiam mudar entre diferentes estados, ou “sabores”, durante o deslocamento.
Essa oscilação só pode ocorrer dessa maneira se os neutrinos possuírem massa diferente de zero, contrariando a versão original do Modelo Padrão da física de partículas, na qual eles eram tratados como partículas sem massa.
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Em 2015, Takaaki Kajita dividiu o Prêmio Nobel de Física com Arthur B. McDonald, do Sudbury Neutrino Observatory, no Canadá. O Nobel reconheceu as descobertas de oscilações de neutrinos que demonstraram que essas partículas possuem massa.
O resultado tornou-se uma das evidências experimentais mais importantes de que o Modelo Padrão, apesar de extraordinariamente bem-sucedido, não representa uma descrição completa das partículas fundamentais.
Super-Kamiokande também observa o Universo
O detector japonês não serve apenas para estudar propriedades fundamentais dos neutrinos.
O Super-Kamiokande monitora neutrinos produzidos pelo Sol, neutrinos originados na atmosfera e partículas geradas artificialmente pelo acelerador J-PARC, localizado a aproximadamente 295 quilômetros de distância.
O observatório também permanece atento a neutrinos produzidos durante explosões de supernovas. Como essas partículas escapam do interior das estrelas com enorme facilidade, podem transportar informações sobre regiões que a luz comum não consegue revelar diretamente.
Há ainda outra missão extremamente ambiciosa: procurar o decaimento do próton.
Esse fenômeno é previsto por determinadas teorias que tentam unificar algumas das forças fundamentais da natureza, mas jamais foi observado experimentalmente. Encontrá-lo representaria uma descoberta histórica para a física.
Hyper-Kamiokande será muito maior que o Super-Kamiokande
Se o Super-Kamiokande já possui dimensões monumentais, o Japão está construindo um sucessor ainda maior: o Hyper-Kamiokande.
O novo observatório está sendo instalado também na região de Kamioka e terá um enorme tanque com capacidade total aproximada de 260 mil toneladas de água, das quais cerca de 190 mil toneladas formarão o volume fiducial utilizado nas análises científicas.
Isso significa que seu volume útil será aproximadamente 8,4 vezes maior que o do Super-Kamiokande, segundo a Universidade de Tóquio.
A estrutura terá dimensões gigantescas, com aproximadamente 68 metros de diâmetro e 71 metros de profundidade de água. O projeto atual prevê cerca de 20 mil novos tubos fotomultiplicadores de grande porte, além de aproximadamente mil módulos contendo múltiplos sensores menores.
A escavação da gigantesca cavidade subterrânea foi concluída em 31 de julho de 2025, e em 2026 os trabalhos avançam para a construção do tanque e instalação dos sistemas do detector.
O cronograma oficial atualizado prevê o início do enchimento do tanque e do comissionamento no fim de 2027, enquanto a coleta de dados científicos em larga escala está programada para começar em 2028. Portanto, a previsão anterior de início das operações em 2027 já não corresponde ao cronograma oficial mais recente.
Hyper-Kamiokande tentará responder perguntas ainda maiores sobre o Universo
O Hyper-Kamiokande ampliará enormemente a quantidade de interações de neutrinos que os cientistas poderão estudar.
Um dos principais objetivos será investigar diferenças entre o comportamento de neutrinos e antineutrinos, fenômeno relacionado à chamada violação de CP.
Compreender essa diferença pode oferecer pistas importantes para um dos grandes enigmas da cosmologia: por que o Universo observável contém muito mais matéria do que antimatéria.
O observatório também deverá procurar o decaimento do próton com sensibilidade muito superior à atual e acompanhar neutrinos produzidos por explosões de supernovas.
No caso de uma estrela massiva colapsar relativamente próxima da Terra, milhares ou até dezenas de milhares de neutrinos poderão atingir o novo detector, permitindo acompanhar processos físicos que acontecem no interior do núcleo estelar e que podem culminar na formação de uma estrela de nêutrons ou de um buraco negro.
Uma gigantesca janela subterrânea para partículas quase invisíveis
No interior de uma montanha japonesa, o Super-Kamiokande não guarda ouro ou pedras preciosas. Seu verdadeiro patrimônio científico está nas 50 mil toneladas de água altamente purificada, milhares de sensores e décadas de dados sobre partículas que atravessam praticamente toda a matéria sem deixar vestígios.
Cada interação registrada permite aos pesquisadores reconstruir uma pequena parte da história dessas partículas e testar algumas das teorias mais fundamentais da física.
Foi ali que observações realizadas em 1998 ajudaram a demonstrar que neutrinos possuem massa, uma descoberta que mudaria a física de partículas e seria reconhecida pelo Nobel 17 anos depois.
Agora, enquanto o Super-Kamiokande completa três décadas de observações, seu sucessor já toma forma sob outra montanha em Gifu.
Com 260 mil toneladas de capacidade total, sensores mais sensíveis e início das observações previsto para 2028, o Hyper-Kamiokande pretende transformar uma tecnologia que já revolucionou a física em uma ferramenta ainda mais poderosa para investigar a matéria, as estrelas e a própria evolução do Universo.
Conteúdo reproduzido originalmente em: clickpetroleoegas por Valdemar Medeiros.