O maior detector de matéria escura do mundo encontrou algo estranho
Há décadas, cientistas tentam encontrar diretamente a matéria escura, um tipo misterioso e elusivo de matéria que forma 85% de toda a matéria do Universo, mas que é invisível para nós.
Agora, pela primeira vez, eles podem ter encontrado uma pista.
No maior e mais complexo experimento feito para encontrar a matéria escura, realizado nos EUA, pesquisadores identificaram uma única interação entre partículas que não pode ser facilmente explicada pelos conhecimentos que temos hoje.
Segundo uma interpretação, esse sinal energético esquisito pode ser fruto da colisão entre o núcleo de um átomo e uma WIMP, uma partícula teórica e massiva que pode ser a explicação por trás da matéria escura.
Ainda não é uma descoberta final, como a equipe fez questão de reforçar. Mas esse é, possivelmente, um ponto de partida instigante para tentar responder um dos maiores mistérios da ciência.
“Nos 20 anos em que me dedico à busca por matéria escura, este é o evento mais interessante que já vi”, diz Eric Dahl, pesquisador da Universidade Northwestern, nos EUA, e um dos autores do estudo.
E mais: mesmo se essa for uma detecção direta da matéria escura, isso significa que ela é ainda mais enigmática do que imaginávamos.
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O que é a matéria escura
Há décadas, sabemos que a maior parte da matéria no Universo é formada por um tipo de matéria invisível e praticamente indetectável. Só sabemos que ela existe por causa de suas influências gravitacionais em outros objetos.
Na década de 1970, por exemplo, a astrônoma americana Vera Rubin percebeu algo curioso: as estrelas localizadas nas regiões externas das galáxias se movem tão rápido quanto as que estão no centro. Pelas leis da física, isso não deveria acontecer. A velocidade de órbita das estrelas deveria diminuir à medida que ficam longe do centro. Nosso Sistema Solar é um exemplo: Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol, se move muito mais rápido que Netuno, que é o último.
O que Rubin percebeu é que as estrelas da periferia das galáxias estavam se movendo tão rápido que elas deveriam ser ejetadas da galáxia, como as gotas de água de um cachorro que se sacode. A massa encontrada em cada galáxia não seria suficiente para mantê-la junta.
Devia haver algo que fizesse as estrelas da periferia se moverem rápido e que mantivesse a galáxia no lugar. No caso, a gravidade de uma matéria invisível.
As medições da astrônoma estão entre as principais evidências de existência da matéria escura. Hoje estima-se que 84% do total de matéria do Universo seja matéria escura, enquanto apenas 16% seria matéria “normal”, que conseguimos ver (e que forma planetas, estrelas, você, esse texto e tudo mais que você conhece).
Detectamos a gravidade dessa matéria, mas não sabemos do que ela é feita até hoje. É possível que ela seja formada por uma partícula desconhecida, assim como a matéria “normal” que conhecemos é formada por partículas indivisíveis, como quarks.
Com base nessa ideia, cientistas propuseram explicações para a matéria escura. Uma das hipóteses mais populares diz que ela é formada por WIMPs, sigla em inglês para “partícula massiva que interage fracamente”.
Essa partícula teórica seria bem massiva – com uma massa pelo menos cem vezes maior que a de um próton –, mas interagiria com outras partículas apenas pela gravidade e pela tímida força nuclear fraca, uma das forças fundamentais do Universo. Ela não interage com a radiação eletromagnética (luz, ondas de rádio, infravermelho etc.). Por isso, seria tão difícil de encontrar.
Se as WIMPs existem, elas estão também por aqui, na Terra. E aí veio a ideia: será possível bolar alguma maneira de detectá-las?
Achamos a matéria escura?
Enterrado a uma profundidade de 1,5 mil metros no que antes era uma mina de ouro na Dakota do Sul, nos EUA, está o LUX–ZEPLIN, ou simplesmente LZ. Trata-se de um experimento complexo, que é mantido por uma colaboração internacional que conta com mais de 30 instituições de pesquisa.
O LZ é o maior caçador de WIMPs do mundo. Ele consiste em um enorme tanque contendo dez toneladas de xenônio puro e líquido. Esse elemento químico é um gás nobre, mas que se condensa em um líquido quando mantido numa temperatura de -108 ºC.
A ideia do LZ é relativamente simples: se as WIMPs estão por aqui, em algum momento uma delas vai colidir com um dos átomos de xenônio no tanque. Esse encontro, por sua vez, vai gerar um sinal de energia detectável.
Desde 2021, o experimento procura por esses sinais. Os cientistas focavam eventos compatíveis com o modelo teórico mais famoso de uma WIMP. Nessa hipótese, a partícula se moveria lentamente, e seu encontro com o núcleo do xenônio geraria um sinal pouco energético.
A busca, no entanto, não deu frutos. Recentemente, então, os cientistas decidiram ampliar a análise e passaram a buscar por sinais compatíveis com outros modelos de WIMP, derivados de modelos teóricos mais complexos, que resultariam em sinais mais energéticos.
E foi aí que eles encontraram um único evento anômalo. Em 16 de junho de 2023, algo causou um sinal bastante energético no tanque do LZ, que os cientistas não sabem explicar.
Uma interpretação possível é que o evento detectado seja fruto de uma WIMP diferentona, mais energética e mais massiva do que a prevista. Ela seria compatível com teorias mais complicadas já formuladas por físicos no passado, mas não necessariamente com o modelo teórico mais conhecido.
Mas nem de longe é uma confirmação oficial; os cientistas temem que o sinal detectado seja fruto de contaminação ou decorrente de algum tipo de ruído de fundo. A equipe passou meses calculando outras possibilidades e não encontrou uma resposta óbvia, mas estima que as chances do evento ser explicado por algo como uma flutuação estatística ou um ruído de fundo sejam de apenas 0,5%.
Os resultados foram apresentados numa conferência no Japão no começo de setembro e o artigo foi disponibilizado no formato preprint, ainda sem revisão de outros pesquisadores. A equipe tentará publicar o estudo no periódico Physical Review Letters.
“Com apenas um evento, não queremos nos precipitar. Não estamos afirmando ter detectado matéria escura. No entanto, observamos algo interessante que queremos compartilhar com a comunidade científica para obter suas considerações”, diz Rick Gaitskell, professor de física da Universidade Brown, nos EUA, e um dos responsáveis pelo experimento.
A comunidade científica, por ora, permanece animada, mas cautelosa. É comum a desconfiança nessa área – no passado, outras alegações de detecção de matéria escura se mostraram apenas erros de cálculo ou ruídos de fundo.
A boa notícia é que, se de fato o dado for fruto da matéria escura, ele deverá se repetir. Os cientistas usaram apenas uma fração dos dados coletados pelo LZ, que deve permanecer ativo por vários anos. Além dele, há outros experimentos do tipo mundo afora, incluindo o PandaX-xT, que está em construção na China e será o mais potente detector de WIMPs do mundo.
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Matéria produzida com curadoria editorial assistida por IA, a partir de pauta de super.abril.com.br.
