Sciam
Clique e assine Sciam
Notícias

Caça à matéria escura não consegue encontrar partículas esquivas

Físicos começam a adotar explicações alternativas para a matéria que “falta”

Shutterstock
Alguns físicos estão ficando ainda mais frustrados em sua caça à matéria escura - a substância que se acredita representar 85% da matéria do Universo. Equipes que trabalham com os detectores de matéria escura mais sensíveis do mundo relatam que falharam em encontrar as partículas, e que o atual fracasso desafiou as visões prevalecentes dos teóricos.

Os últimos resultados de um experimento chamado XENON1T, no Laboratório Nacional Gran Sasso, na Itália, publicados em 30 de outubro, seguem o fracasso de 30 anos na busca por partículas de matéria escura. Uma tentativa de uma equipe chinesa para detectar o material esquivo - cujos resultados foram publicados no mesmo dia - também saiu de mãos vazias. Tentativas em curso feitas por telescópios baseados no espaço, assim como no CERN, o laboratório europeu de física de partículas próximo a Genebra, na Suíça, também não detectaram nenhuma pista sobre as partículas de matéria escura.

As descobertas deixaram os pesquisadores se esforçando paraencontrar respostas. “Nossa ignorância sobre como o Universo funciona é mais profunda do que a maioria de nós quer admitir”, diz Stacy McGaugh, astrofísica da Universidade Case Western Reserve em Cleveland, Ohio.

Os físicos têm aceitado amplamente a existência da matéria escura desde os anos 1980 como uma explicação para o fato de que algumas galáxias continuam intactas em vez de se separarem, o que poderia ser esperado dada a velocidade com que rotacionam e a quantidade de massa que parecem possuir, vistas aos nossos telescópios. Os pesquisadores presumiram que halos de matéria escura invisível circundam galáxias e as mantém íntegras. Os físicos ficaram mais confiantes quando os modelos de matéria escura previram com sucesso as flutuações detectadas em um “eco” observável do Big Bang, conhecido como radiação cósmica de fundo.

Essas observações se tornaram as evidências mais dramática para uma proposta, feita nos anos 1980, de que a matéria escura poderia ser formada por partículas massivas de fraca interação, conhecidas como WIMPs. A existência de tais partículas se encaixa no modelo de evolução do universo adotado por esses físicos, e com a abundância relativa de matéria. Além disso, as propriedades das WIMPs corresponderiam a partículas previstas por um ramo da física de partículas chamado supersimetria.

A última série de resultados parece descartar as teorias de supersimetria mais simples e elegantes, lançando dúvidas sobre a idéia de que as partículas ainda não detectadas seriam a matéria escura sumida. Se as teorias de supersimetria simples não são mais viáveis, dizem os cientistas, as partículas WIMP devem interagir com a matéria de forma muito mais fraca do que se pensava. "Não é um recuo total do paradigma WIMP, mas definitivamente é uma mudança de ênfase", diz Dan Hooper, físico do Laboratório Nacional Fermi de Aceleradores em Batavia, Illinois.

As atitudes estão mudando, e os físicos estão cada vez mais adotando outras explicações possíveis para matéria escura, diz David Spergel, astrofísico teórico da Universidade Princeton em Nova Jersey, que foi um dos primeiros proponentes dos modelos de WIMP. “Esses experimentos não fecharam por completo a janela. Contudo, também precisamos pensar em outros tipos de matéria escura e novos experimentos”, ele diz.

Detectores dedicados

Levou décadas para construir experimentos capazes de detectar a minúscula taxa na qual pensava-se que os WIMPs interagiam com a matéria. Somente nos últimos dez anos, experimentos realizados em cerca de uma dúzia de laboratórios atingiram o nível de sensibilidade necessário para detectá-las. O detector mais sensível do mundo é o XENON1T de Gran Sasso, que procura flashes de luz criados quando a matéria escura interage com átomos em seu tanque de 3,5 toneladas de xenon líquido extremamente puro. Contudo, a equipe não relatou matéria escura em sua primeira tentativa. Também não houve sinal algum nos dados coletados ao longo de dois anos durante a segunda iteração do experimento chinês PandaX, com sede em Jinping, na província de Sichuan. Buscas no espaço também não conseguiram encontrar WIMPs, e as esperanças de que um sinal de raios gama promissor detectado pelo telescópio Fermi, da NASA, do centro da Via Láctea fosse causado pela matéria escura estão desaparecendo - fontes mais convencionais parecem explicar a observação. Houve apenas um relatório importante de uma detecção de matéria escura, feita pela colaboração DAMA em Gran Sasso, mas nenhum grupo conseguiu replicar esse resultado altamente controverso; novas tentativas para fazê-lo estão em andamento.

As futuras gerações de detectores baseadas no mesmo princípio do XENON1T já estão em desenvolvimento, e serão necessárias para que os físicos fechem a janela das WIMPs. Entretanto, o não aparecimento das partículas está deixando os teóricos mais abertos e permitiu que outras teorias ganhassem proeminência, diz Hooper. Talvez a matéria escura consista em exóticas partículas chamadas áxions, que seriam semelhantes a fótons estranhos e enormes. Os teóricos também estão observando se a matéria escura pode não interagir com partículas conhecidas, mas habitarem em um "setor oculto", segundo o físico.

A iminente rejeição da hipótese WIMP é encorajadora para os poucos físicos que afirmam que a matéria escura em si é uma anomalia. "Espero que as pessoas se tornem ainda mais abertas", diz McGaugh, que estudou versões modificadas da teoria gravitacional que negam a necessidade de matéria escura. Hooper, porém, ressalta que o enfraquecimento do apoio às WIMPs não abala o conceito de matéria escura, que, acredita ele, será encontrada um dia. "Não estou preocupado com a possibilidade ‘nunca’, mas pode ser algo muito, muito difícil", ele diz.

Elizabeth Gibney, Nature

Este artigo é reproduzido com permissão e foi originalmente publicado em 8 de novembro de 2017.
Para assinar a revista Scientific American Brasil e ter acesso a mais conteúdo, visite: http://bit.ly/1N7apWq