Sinal de matéria escura intriga cientistas após evento raro no detector LZ
Experimento subterrâneo registrou uma única interação sem explicação conhecida após a análise de 220 dias de dados
- Por João Pedro Oliveira
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Pesquisadores do Experimento de Matéria Escura LZ identificaram uma interação de partículas que não se encaixa nas explicações conhecidas da física subatômica. O evento ocorreu em 16 de junho de 2023, no detector instalado a 1,6 quilômetro de profundidade na Dakota do Sul, nos Estados Unidos, durante a busca por matéria escura. O sinal pode estar relacionado à substância invisível, mas a equipe afirma que os dados ainda não permitem confirmar uma detecção.
O resultado surgiu após a análise de 220 dias de observações. Inicialmente, os pesquisadores descartaram eventos incompatíveis com o modelo teórico mais simples das partículas massivas de interação fraca, conhecidas como WIMPs. Quando ampliaram a análise para hipóteses mais complexas, restou apenas uma ocorrência: uma partícula atingiu o núcleo de um átomo de xenônio líquido e produziu um clarão de luz acompanhado por um fluxo de carga.
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Sinal de matéria escura apareceu em um único evento
A ocorrência chamou a atenção porque não corresponde à descrição de outras interações de partículas conhecidas no mundo subatômico. Ainda assim, os pesquisadores do LZ evitam atribuir o episódio diretamente à matéria escura.
A probabilidade calculada de o resultado ter ocorrido por acaso é de aproximadamente uma em 400, correspondente a um nível de confiança próximo de 3-sigma. Na física de partículas, o parâmetro usado para anunciar uma descoberta é de 5-sigma.
Richard Gaitskell, porta-voz da colaboração LZ, afirmou que a equipe decidiu apresentar os dados para que outros pesquisadores possam avaliá-los.
“Neste momento, estamos interessados em receber feedback da comunidade científica em geral”, disse Richard Gaitskell, porta-voz da colaboração LZ. “Depois de tanto trabalho interno, nos sentimos prontos para compartilhar os resultados com o resto do mundo.”
As descobertas foram apresentadas inicialmente durante uma conferência de astrofísica de partículas no Japão. Horas depois, a colaboração publicou um artigo detalhando os resultados. O trabalho será submetido à Physical Review Letters para revisão por pares.
Katherine Freese, física teórica da Universidade do Texas em Austin, destacou a análise conduzida pelo experimento: “Estou super, super animada”, disse Katherine Freese, física teórica da Universidade do Texas em Austin.
Ela classificou as técnicas usadas pela equipe para examinar os dados como “fenomenais”.
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Por que a matéria escura é tão difícil de detectar
A matéria escura não emite, absorve nem reflete luz, característica que impede sua observação direta pelos métodos usados para enxergar a matéria comum. Segundo as informações apresentadas, ela corresponde a 85% da matéria do universo, e sua gravidade influencia o movimento de galáxias e estrelas.
Uma das hipóteses investigadas envolve as WIMPs, partículas relativamente pesadas na escala subatômica que interagiriam com o universo visível principalmente pela gravidade. Modelos teóricos também preveem que, em situações extremamente raras, elas poderiam atingir núcleos atômicos e liberar uma quantidade pequena, porém detectável, de energia.
Detectores de partículas vêm sendo utilizados há décadas na tentativa de registrar esse tipo de colisão. O LZ foi desenvolvido para procurar sinais muito fracos em meio às interações provocadas por partículas já conhecidas.
“É como procurar uma agulha num palheiro”, disse Alvine Kamaha, físico da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), que ajudou a supervisionar a construção do detector.
Detector LZ usa mais de 7 toneladas de xenônio líquido
O detector LZ contém mais de 7 toneladas de xenônio líquido. Quando uma partícula entra no tanque e interage com átomos de xenônio, são produzidos flashes de luz e um fluxo de elétrons. Esses sinais permitem obter informações sobre a partícula incidente, incluindo massa e posição dentro do equipamento.
A instalação fica a 1,6 quilômetro abaixo da superfície para reduzir a interferência da radiação proveniente do espaço, que poderia gerar milhares de interações por segundo no detector.
O equipamento também é cercado por água, utilizada para bloquear nêutrons capazes de produzir sinais semelhantes aos procurados nas buscas por matéria escura. O xenônio passa ainda por um processo de purificação destinado a remover contaminantes radioativos que poderiam gerar eventos indesejados.
Análise de 220 dias deixou apenas uma colisão sem explicação
Durante meses de operação, o LZ registrou dezenas de interações de partículas diariamente. Os pesquisadores examinaram 220 dias de dados e eliminaram os eventos que não correspondiam ao perfil teórico mais simples de uma interação envolvendo WIMPs.
A primeira busca não apresentou resultados. A equipe então ampliou os critérios para incluir modelos mais complexos de WIMPs. Depois dessa etapa, somente o evento registrado em 16 de junho de 2023 permaneceu.
Gaitskell considera a ocorrência intrigante, mas admite outra possibilidade: o detector pode ter registrado matéria comum interagindo de uma maneira ainda pouco compreendida.
Novos dados podem ajudar a explicar o sinal do LZ
O conjunto disponível para futuras análises já é significativamente maior. O detector reuniu quase quatro vezes mais dados do que a quantidade utilizada no estudo apresentado, ampliando o número de eventos que a colaboração poderá investigar.
Outros dois experimentos, localizados na Itália e na China, também procuram matéria escura por meio de detectores que utilizam xenônio líquido. Gaitskell afirmou não haver informações suficientes para determinar se esses projetos conseguirão esclarecer a origem do evento observado pelo LZ.
“Mas essa é a minha esperança”, disse ele. “É assim que a ciência deve se desenvolver.”
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Apreciador de boas histórias, filmes e games. Repórter no portal Gazeta Culturismo.
