Novo experimento avança na investigação da matéria escura

A procura da matéria escura, uma substância invisível que constitui a maior parte da massa do Universo, continua a ser um dos maiores desafios da física moderna.

Recentemente, o detector LUX-ZEPLIN (LZ), considerado o mais sensível do mundo, obteve novos resultados que estreitam as possibilidades para um dos principais candidatos à matéria escura: partículas massivas de interação fraca, conhecidas como WIMPs.

Liderado pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA, o LZ está instalado quase um quilômetro abaixo da superfície, em uma caverna no Sanford Underground Research Facility, em Dakota do Sul. Este detector visa explorar as interações da matéria escura em níveis nunca antes alcançados, limitando ainda mais as características que os WIMPs poderiam apresentar.

Foram 280 dias de coleta de dados

Segundo Chamkaur Ghag, porta-voz da LZ e professor da University College London, no Reino Unido, os novos dados estabelecem restrições significativas na busca por matéria escura. O detector, que superou as expectativas iniciais, mostrou-se capaz de identificar potenciais sinais de WIMPs, caso estivessem na região investigada. Isto demonstra que o LZ tem a sensibilidade necessária para detectar estas partículas à medida que o experimento avança.

Até o momento, a colaboração não encontrou evidências de WIMPs com massa superior a 9 gigaelétron-volts por c² (GeV/c²), valor comparável à massa de um próton, que é um pouco menor que 1 GeV/c². A sensibilidade da LZ a interações extremamente fracas permite aos cientistas descartar modelos de matéria escura que não se alinham com os dados obtidos, estreitando significativamente as hipóteses sobre onde poderiam estar os WIMPs.

Os novos resultados, baseados em 280 dias de coleta de dados, foram apresentados em duas conferências de física na segunda-feira (26): a Astrofísica de Partículas TeV 2024em Chicago, e o LIDINA 2024em São Paulo. Um artigo detalhando essas descobertas será publicado em breve. O experimento, iniciado em 2023, pretende continuar coletando dados até 2028, com a meta de atingir 1.000 dias de observações.

Scott Kravitz, vice-coordenador de física da LZ e professor da Universidade do Texas em Austin, comparou a busca por matéria escura a uma caça a um tesouro enterrado. Segundo ele, a LZ foi mais fundo do que qualquer tentativa anterior, graças à invenção de novas ferramentas de detecção. O detector é protegido por camadas que bloqueiam a radiação externa, enquanto novas técnicas de análise descartam sinais falsos, como os causados ​​pelo radônio, uma das principais causas de falsos positivos.

Uma importante inovação introduzida na LZ é o “salga“, que adiciona sinais falsos de WIMPs durante a coleta de dados. Essa abordagem garante que os pesquisadores mantenham a imparcialidade na análise dos dados, evitando preconceitos que possam surgir na interpretação dos resultados.

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A matéria escura representa 85% da massa do Universo

A matéria escura, que não emite, reflete ou absorve luz, representa cerca de 85% da massa do Universo, mas nunca foi detectada diretamente. A sua presença é inferida através das suas influências gravitacionais em estruturas como as galáxias. O LZ usa 10 toneladas de xenônio líquido para detectar possíveis colisões de WIMPs com núcleos de xenônio, o que poderia produzir sinais detectáveis.

Amy Cottle, líder da busca por WIMPs e professora da University College London, destacou que, além da busca por WIMPs, a LZ tem potencial para investigar outros fenômenos físicos raros, como o decaimento beta duplo sem neutrinos e os neutrinos do boro-8. do Sol. , além de investigar outros modelos de matéria escura.

A colaboração LZ, composta por cerca de 250 cientistas de diversas instituições de todo o mundo, já se prepara para analisar o próximo conjunto de dados e explorar novas técnicas para melhorar ainda mais a experiência. O futuro da investigação da matéria escura promete avanços significativos, com planos para desenvolver um novo detector de próxima geração, o XLZD.