Imagem: Preparativos para a câmera do LSST e o experimento de matéria escura LZ. Crédito: SLAC National Accelerator Laboratory https://noirlab.edu/public/images/slac-16217915507_14bce45094_o/
No início deste mês, foi apresentado um novo resultado na busca pela matéria escura, mostrando um indício de detecção da matéria escura pelo LUX-ZEPLIN (LZ). Mas qual é essa novidade?
Um dos problemas mais antigos da Física Contemporânea é a natureza da matéria escura, que ainda permanece um mistério. Esse problema conta com diversos esforços em grandes colaborações científicas espalhadas pelo mundo todo, com as mais criativas e diversas configurações possíveis para buscar uma possível solução.
A lente gravitacional é um fenômeno que forma uma distorção de imagens devido a presença de corpos com grande massa, uma das evidências da existência do problema da matéria escura. Já que as distorções encontradas não correspondem com a quantidade de matéria conhecida, portanto é necessária a existência de alguma massa que exerce gravidade, porém que seria “invisível”.
Imagem: Flexão da luz em torno de um objeto de grande massa a uma longa distância. As linhas brancas representam o caminho da luz de uma fonte distante até um observador na Terra. As linhas laranjas representam as posições aparentes do objeto por um observador.
Uma das hipóteses para a resolução desse problema é que a matéria escura seria composta por partículas chamadas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles - Partículas Massivas de Interação Fraca), um modelo de matéria que interage apenas por meio da gravidade e da força fraca.
Diversos experimentos buscam pelas WIMPs via detecção direta, como o XENON-T, PANDAX e o LUX-ZEPLIN, que utilizam tanques com xenônio líquido. Esse tipo de experimento busca a detecção de sinais que tenham características que possam corresponder a essa partícula buscada.
Imagem: Tanque de detecção do experimento LZ. Crédito: Lz experiment.
A colaboração LZ é composta por 250 cientistas e engenheiros de 39 instituições de diversos países. O experimento fica localizado a 1.500 metros abaixo da Instalação de Pesquisa Subterrânea Sanford (SURF), na Dakota do Sul e é gerenciado pelo Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE). O experimento utiliza 10 toneladas de xenônio líquido ultra puro para buscar matéria escura.
A câmara de detecção do LZ é composta por xenônio líquido que coleta dois sinais por partícula que passa no tanque. A partícula sofre um espalhamento ao interagir com o meio, sofrendo um desvio em sua trajetória. Como resultado dessa interação, dois sinais são emitidos, ao realizar a detecção de ambos, são entendidas a posição e a diferença de tempo entre os sinais detectados, indicando a profundidade do evento. Esses dados permitem selecionar candidatos a WIMPs situados apenas no interior do detector, região onde outras fontes externas não penetram facilmente.
A novidade da vez foi que o experimento LUX-ZEPLIN (LZ), observou uma interação incomum que pode ser um indicativo de detecção de matéria escura. Os pesquisadores têm grande dificuldade em explicar essa detecção com base em sinais já conhecidos. Outros sinais de matéria já conhecida foram comparados e verificados que não correspondem ao encontrado.
Mas, isso não é o suficiente para afirmar que esse dado corresponde a WIMP buscada, pois os pesquisadores precisarão de mais dados para confirmá-la! Mas por que isso?
“Estamos muito intrigados ao observar esse evento nos dados, na região onde esperamos que a matéria escura apareça e onde os sinais de fundo concorrentes são muito baixos”, disse Rick Gaitskell, professor da Universidade Brown e porta-voz do LZ.
“Com apenas um evento, não queremos nos precipitar. Não estamos afirmando ter detectado matéria escura. Mas observamos algo interessante que queremos compartilhar com a comunidade científica para obter suas considerações.” Afirma Gaitskell.
Mais dados são necessários para confirmar esse resultado, mostrando o esforço contínuo e a necessidade de diversos pesquisadores nesse processo. A colaboração analisa dados experimentais em lotes, e para este novo resultado, os pesquisadores examinaram dados correspondentes a 220 dias de operação, que foram coletados entre março de 2023 e abril de 2024.
Com dados adicionais, os pesquisadores poderão verificar se o resultado corresponde a uma detecção nova, que pode corresponder à matéria escura, ou não. O LZ acumulou o maior conjunto de dados sobre matéria escura do mundo e seguirá coletando dados da busca por WIMPs no SURF, melhorando os dados da pesquisa.
Os resultados foram apresentados na conferência TeV Particle Astrophysics, realizada no Japão. O artigo será disponibilizado no repositório online arXiv e submetido à revista Physical Review Letters.
Referência:
https://content.govdelivery.com/accounts/USDOEOS/bulletins/427e63e
Por Kelly Matsui - Mestranda em Divulgação Científica e Cultural pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Bacharel em Física pela Universidade de São Paulo. Bolsista em Jornalismo Científico pela FAPESP (2020/04867-2), sob orientação de Marcelo Munhoz.
