Tentando detectar matéria escura 1,5 quilômetros abaixo do solo

2022-10-13
Juan Pablo VentosoPorPublicado porJuan Pablo Ventoso
Tentando detectar matéria escura 1,5 quilômetros abaixo do solo
Um grupo de pesquisadores trabalha em um laboratório subterrâneo nos Estados Unidos com esse objetivo peculiar. O que é matéria escura?



Uma equipe de mais de 250 pesquisadores de vários países publicou os primeiros resultados de um ambicioso projeto cujo objetivo é encontrar sinais inequívocos da passagem de matéria escura pelo nosso planeta. Para isso, eles trabalham em um laboratório chamado LUX-ZEPLIN (LZ), a 1,5 km de profundidade em uma mina de ouro abandonada na cidade de Lead, em Dakota do Sul, Estados Unidos.


Segundo seus criadores, este laboratório é o detector de matéria escura mais sensível já construído. O objetivo de construí-lo no subsolo é isolá-lo do máximo de radiação e poeira possível, o que poderia gerar contaminação local nos resultados, dificultando a detecção de matéria escura.

O tanque do laboratório LZ visto de fora (lzl.lbl.gov)

O tanque do laboratório LZ visto de fora (lzl.lbl.gov)


Matéria e energia invisíveis

Mas o que é matéria escura? Não sabemos. É um dos maiores mistérios da ciência moderna, junto com a energia escura. Os cientistas procuram há décadas pistas sobre esse misterioso componente do qual 23% do universo seria feito. Ao analisar a taxa de expansão e movimento das galáxias, concluímos que o universo observável é apenas 5% da energia total. O movimento das galáxias indica que há 23% de matéria escura, não visível, e a aceleração da expansão do universo sugere um restante de 72% de energia escura para explicá-lo.


Então, como procuramos algo que nem sabemos o que é? E o que também é invisível? O detector do laboratório LZ foi projetado para captar um sinal, embora extremamente fraco, do que poderia ser uma partícula de matéria escura. Algo como "ouvir com atenção no meio de um campo silencioso", dizem os criadores do LZ.

Dark Matter

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Como a matéria escura não emite, reflete ou absorve luz, o único sinal que temos dela no momento é o efeito gravitacional que exerce sobre a matéria visível, da qual são feitas estrelas e galáxias, por exemplo. Mas há uma partícula candidata hipotética a fazer parte da matéria escura, de acordo com várias teorias: WIMP (Partícula Massiva de Interação Fraca em inglês).


Os WIMPs

Acredita-se que os WIMPs tenham se formado imediatamente após o Big Bang e deve haver tantos deles que poderiam ser uma possível explicação para a matéria escura. Se existissem, geralmente seriam capazes de atravessar a matéria comum, exceto em raras ocasiões em que um deles pudesse colidir com o núcleo de um átomo. É aí que entra o laboratório: os cientistas estão em busca desse momento preciso.


Para isso, o laboratório contém um grande tanque feito de titânio, com 10 toneladas de xenônio líquido ultrapuro. O experimento consiste em observar as partículas que viajam pelo cosmos até chegarem ao centro do tanque, esperando que uma dessas partículas atinja o núcleo de um dos átomos de xenônio. Quando esse acidente ocorre, uma explosão de luz é gerada e detectada pelos sensores do LZ. Ao analisar esta luz, é possível deduzir que tipo de partícula foi que colidiu com o átomo de xenônio, potencialmente detectando as características de um WIMP.

Cientista trabalhando no tanque (lz.lbl.gov)

Cientista trabalhando no tanque (lz.lbl.gov)


O laboratório possui um site onde são publicadas informações detalhadas sobre o laboratório, bem como os experimentos e seus resultados até o momento. Embora nenhum sinal inequívoco de WIMPs tenha sido encontrado no momento, eles planejam iniciar um novo período de busca intensiva de 1000 dias para aumentar as chances de encontrar sinais compatíveis.


Um PDF com a apresentação feita pela equipe de pesquisa, juntamente com os resultados obtidos, pode ser visto e baixado neste link.

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