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Matéria escura é alvo de nova geração de experimentos

Novos experimentos podem ajudar a encontrar as partículas responsáveis pela massa do Universo

 

Snolab
A construção do experimento SuperCDMS começará em breve no laboratório subterrâneo SNOLAB, no Canadá.
Por Clara Moskowitz

Cientistas especializados em matéria escura estão redobrando seus esforços para capturar as elusivas partículas que se acredita constituir a maior parte da massa do Universo. Essas partículas teóricas se fazem sentir por meio da gravidade: elas parecem puxar a matéria comum em todo o Universo mas, apesar disso, não podem ser vistas ou tocadas.

Experimentos visando observar as raras ocasiões em que partículas de matéria escura interagem com átomos normais já operam há décadas sem sucesso, e já descartaram muitas das explicações mais básicas para a matéria escura.

Em vez de desistir da busca, porém, três dos maiores experimentos recentemente receberam aprovação para realizar grandes atualizações, o que poderia permitir que atingissem as sensibilidades necessárias para finalmente localizar essas misteriosas partículas perdidas. 

Esses três experimentos – a Busca Super Criogênica por Matéria Escura – SNOLAB (SuperCDMS); o Experimento de Matéria Escura LZ, ou LUX-ZEPLIN, (LZ); e o eXperimento Axiônico de Matéria Escura (ADMX – GEN2) – estão entre os maiores e mais antigos projetos da área.

Eles derrotaram cerca de 20 outros pedidos enviados ao Departamento de Energia dos Estados Unidos e à Fundação Nacional de Ciências, que anunciaram suas seleções para a próxima geração de experimentos de matéria escura na semana passada. Tanto o SuperCDMS quanto o LZ buscarão candidatos a partículas de matéria escura chamados de WIMPs, acrônimo em inglês para “Partículas Massivas de Interação Fraca”, enquanto o ADMX-Gen2 procurará por candidatos alternativos, chamados de áxions.

A seleção de dois projetos WIMP veio como alívio em meio ao receio de que a atual redução no orçamento federal pudesse prejudicar essa área de pesquisa. “Muitos de nós receavam que o pouco financiamento fosse reduzir a próxima geração a apenas um experimento, e por várias razões isso não faz muito sentido”, comenta o físico da Stanford University, Blas Cabrera, porta-voz do SuperCDMS.

Uma das razões para continuar os dois projetos, explica ele, é que os dois usam materiais diferentes – o SuperCDMS empregará uma combinação de detectores de germânio e silício, enquanto o LZ usa xenônio líquido. Se uma WIMP colidir com os átomos de qualquer um desses experimentos, liberará uma pequena quantidade de energia que o experimento é capaz de detectar.

Algumas teorias da matéria escura sugerem que as WIMPs podem interagir com elementos diferentes a taxas diferentes. “A Natureza pode ser mais complicada do que pensávamos no princípio, e devemos pensar mais abertamente”, admite Cabrera.  

Também faz sentido, adiciona ele, continuar procurando não apenas WIMPs, mas também áxions, que teóricos acreditam ser muito mais leves e interagirem com uma frequência ainda menor que as WIMPs. Os dois tipos de partículas poderiam explicar a aparente abundância de matéria escura no Universo, mas não há provas de que qualquer uma delas exista. (Também é possível que as duas existam, ou que alguma outra combinação de fontes seja responsável pela matéria escura).

Um veredito final sobre áxions parece estar ao alcance. “Com um nível de confiança muito alto, esse experimento da 2ª geração pode detectar o áxion ou rejeitar a hipótese”, observa o porta-voz do ADMX, Leslie Rosenberg da University of Washington, em Seattle. O projeto usa um poderoso imã para induzir áxions, se existirem, a decair em prótons.

Esses decaimentos produziriam uma pequena quantidade de energia eletromagnética que a máquina seria capaz de detectar, e que deve ser mantida em temperaturas muito baixas para evitar a contaminação por radiação. A versão atualizada do experimento usará uma nova tecnologia de resfriamento que reduzirá sua temperatura, de 1,5 kelvin (ou -271,6 graus Celsius, extremamente baixa), para apaneas 100 milikelvin. Dentro de três anos, o ADMX-Gen2 deve ter descoberto áxions, ou provado que eles não existem – pelo menos os que foram propostos em modelos teóricos atuais.

Outros experimentos não selecionados durante essa rodada de avaliação envolviam lasers e as chamadas “câmaras de bolhas”, que procuram bolhas criadas quando partículas de matéria escura interagem com átomos em uma câmara de carbono, flúor e iodo superquentes.

Um projeto de câmara de bolhas chamado PICO pretende continuar de qualquer forma e pedir financiamento durante sua execução. “Nós recebemos revisões excelentes, mas não estamos prontos; estamos no processo de abordar um problema de fundo”, declara um dos membros do PICO, Juan Collar do Instituto Kavli de Física Cosmológica da University of Chicago. “Estamos felizes com o resultado. Isso tirou um peso enorme dos nossos ombros”.

A matéria escura já se provou mais difícil de encontrar do que muitos físicos esperavam quando começaram a busca. Mesmo assim, muitos veem uma luz no fim de um longo túnel. Os experimentos da próxima geração podem finalmente ter o que é necessário para encontrar as partículas perdidas de uma vez por todas. E, se não encontrarem, nós saberemos muito mais sobre o que a matéria escura não é. “Na ciência, descartar opções é tão importante quanto uma descoberta”, lembra Cabrera, “mas é claro que descobrir é sempre mais divertido”.