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A busca pela matéria escura, substância invisível que compõe a maior parte da massa do Universo, continua sendo um dos maiores desafios da física moderna.
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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: as 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 na Instalação de Investigação Subterrânea de Sanford, em Dakota do Sul. Este detector tem como objetivo explorar interações de matéria escura em níveis nunca antes alcançados, limitando ainda mais as características que as WIMPs poderiam apresentar.
Foram 280 dias de coletas de dados
Segundo Chamkaur Ghag, porta-voz do 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, provou ser capaz de identificar potenciais sinais das WIMPs, caso elas estivessem na região investigada. Isso demonstra que o LZ possui a sensibilidade necessária para detectar essas partículas, à medida que o experimento avança.
Até agora, a colaboração não encontrou evidências de WIMPs com massa superior a 9 gigaelétron-volts por c² (GeV/c²), valor comparável ao da massa de um próton, que é ligeiramente inferior a 1 GeV/c². A sensibilidade do LZ a interações extremamente fracas permite aos cientistas descartar modelos de matéria escura que não se alinham com os dados obtidos, reduzindo significativamente as hipóteses sobre onde as WIMPs poderiam estar.
Os novos resultados, baseados em 280 dias de coleta de dados, foram apresentados em duas conferências de física na segunda-feira (26): a TeV Particle Astrophysics 2024, em Chicago, e a LIDINE 2024, em São Paulo. Um artigo detalhando essas descobertas será publicado em breve. O experimento, que começou em 2023, planeja continuar coletando dados até 2028, com o objetivo de alcançar 1.000 dias de observações.
Scott Kravitz, vice-coordenador de física do LZ e professor da Universidade do Texas em Austin, comparou a busca por matéria escura a uma caça ao tesouro enterrado. Segundo ele, o LZ tem cavado 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, um dos principais responsáveis por falsos positivos.
Uma inovação importante introduzida no LZ é a técnica de “salting“, 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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Matéria escura corresponde a 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. Sua presença é inferida através de suas influências gravitacionais em estruturas como galáxias. O LZ utiliza 10 toneladas de xenônio líquido para detectar possíveis colisões de WIMPs com os núcleos de xenônio, que poderiam produzir sinais detectáveis.
Amy Cottle, líder da busca por WIMPs e professora na University College London, destacou que, além da busca por WIMPs, o LZ tem potencial para investigar outros fenômenos físicos raros, como o decaimento beta duplo sem neutrinos e neutrinos de boro-8 do Sol, além de sondar outros modelos de matéria escura.
A colaboração do LZ, composta por cerca de 250 cientistas de várias instituições ao redor do mundo, já se prepara para analisar o próximo conjunto de dados e explorar novas técnicas para melhorar ainda mais o experimento. O futuro da pesquisa em matéria escura promete avanços significativos, com planos para o desenvolvimento de um novo detector de próxima geração, o XLZD.
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