No interior de uma mina na Dakota do Sul, nos Estados Unidos, está um complexo laboratório com o detector LUX-ZEPLIN (LZ). Composto por uma dupla de tanques de titânio cheios de xenônio líquido, esse equipamento está no subsolo para evitar a interferência de partículas cósmicas, corpos que podem abafar os sinais da misteriosa matéria escura.
Os pesquisadores acreditam que, se essa peculiar matéria for composta de Partículas Maciças de Interação Fraca (WIMPs), ela deve colidir com os átomos de xenônio e emitir luz. Essa seria uma forma de detectá-la para estudar sua natureza.
O grupo analisou 280 dias de dados, uma combinação de 220 dias coletados entre março de 2023 e abril de 2024 e 60 dias da primeira seção do equipamento, em 2022. Os pesquisadores pretendem coletar mil dias de dados até o fim do projeto em 2028. Os resultados foram publicados na revista científica Physical Review Letters.
Nenhuma partícula de matéria escura foi descoberta. No entanto, os cientistas agora podem testar outras possibilidades, além de aprimorar as teorias sobre essa substância e as tecnologias para detectá-la.
“Embora sempre esperemos descobrir uma nova partícula, é importante para a física de partículas que sejamos capazes de estabelecer limites sobre o que a matéria escura realmente pode ser”, explicou Hugh Lippincott, físico experimental da UC Santa Barbara e membro da colaboração LZ, em um comunicado.
Sinais falsos desafiam o estudo
As WIMPs são uma das mais sólidas hipóteses para a matéria escura. Segundo as principais proposições, essas partículas são massivas e interagem fracamente com a matéria normal. Os pesquisadores acreditam que elas atravessem a Terra constantemente conforme viajam pelo espaço. Engenheiros projetaram detectores como o LZ para captar essas interações.
Embora esteja protegido abaixo do solo, o detector pode sofrer interferências e dar sinais falsos. “O problema dos nêutrons é que eles também interagem com os núcleos de xenônio, emitindo um sinal idêntico ao que esperamos de WIMPs”, disse Makayla Trask, graduanda em física na UC Santa Barbara e participante da equipe do LZ.
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Na caçada por matéria escura, detectores ampliaram as fronteiras da física
Na busca por matéria escura, um sensor similar ao LZ encontrou o “fenômeno mais raro da física”. Segundo o pesquisador Chame Amarasinghe, membro do atual estudo, descobrir outros eventos incomuns é recorrente com o detector.
“Nosso experimento também é sensível a eventos raros com raízes em diversas áreas da física. Alguns exemplos são os neutrinos solares, os fascinantes decaimentos de certos isótopos de xenônio e até mesmo outros tipos de matéria escura. Com a intensidade deste resultado, estou muito animado para dedicar mais tempo a essas pesquisas”, comentou Amarasinghe.
Agora, o grupo planeja continuar a análise dos dados, além de aprimorar as técnicas para entendê-los. Os pesquisadores também pretendem construir uma nova geração de detectores de matéria escura, como o XLZD: a atualização do LZ prevista para funcionar no Laboratório de matéria escura de Boulby, no Reino Unido. Ainda não há data para construção do projeto.
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