Possíveis indícios de matéria escura

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Fonte: Fermilab

Mais indícios de matéria escura surgiram no Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), o qual busca por partículas teorizadas nas profundezas de uma mina no Minnesota.

Oito detectores de silício registraram três eventos que podem representar colisões de partículas massivas que interagem fracamente, ou WIMPs. Os físicos encontraram indícios da existência de WIMPs antes, relatado em 2010, mas o caso acabou sendo descartado por ser indistinguível de outras colisões de fontes de partículas diferentes. O mesmo pode ser verdade para este último resultado.

O trabalho foi anunciado no dia 13 de abril num encontro na American Physical Society em Denver, Colorado, e foi publicado na arXiv.org. “Não acreditamos que este resultado pode ser considerado uma descoberta, mas ele clama por uma investigação mais aprofundada,” diz Kevin McCarthy, um membro da equipe do CDMS do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) em Cambridge.

Os primeiros suspeitos a WIMPs, no relato de 2010, foram vistos em 19 detectores de germânio. O novo resultado veio a partir de um subconjunto de 11 detectores de silício, que são mais sensíveis a colisões de partículas de baixa energia do que os de germânio. Os cientistas do CDMS ficaram surpresos com este resultado vindo de seus detectores de silício e não de seus detectores mais pesados de germânio. Quando eles projetaram o experimento no começo dos anos 2000, eles incluíram os de silício apenas para verificar os resultados dos de germânio.

Arrefecidos a temperaturas de apenas 40 milikelvins, os detectores do CDMS captam o calor emitido quando uma partícula colide com um de seus cristais. O desafio é distinguir uma possível colisão de uma WIMP dentre muitas outras colisões de diversas partículas diferentes, tais como nêutrons.

O CDMS tenta contornar isso protegendo o máximo possível seus detectores e calculando com precisão a taxa de colisões. Foi relatado um sinal em um nível de confiança de 99,81%, ou cerca de três sigma na linguagem estatística. Estas probabilidades podem nos dar um motivo de otimismo, mas elas não passam nos critérios que os físicos usam para reivindicar uma descoberta, então os cientistas do CDMS vão ficar cautelosos até que produzam mais análises.

Mas o resultado do CDMS implica uma WIMP com massa de 8,6 GeV, mais leve do que o esperado nas primeiras teorizações. Os cientistas pensavam precisar de detectores mais volumosos para registrar partículas de matéria escura previstas para terem 100 vezes a massa de um próton. No entanto, nos últimos anos, novas teorias e resultados experimentais têm atraído a atenção dos físicos para a ideia de partículas de matéria escura com uma massa menor, na ordem de 10 vezes a massa de um próton.

A ideia de uma partícula de matéria escura com uma massa maior vem principalmente da hipótese de supersimetria (SUSY), a qual postula que cada uma das partículas que conhecemos tem uma partícula parceira com maior massa. Segundo Dan Bauer, administrador do projeto CDMS pelo Fermilab, encontrar partículas de matéria escura com menor massa não significa descartar a SUSY, mas torna mais difícil reconciliá-la. O sucessor do experimento, o SuperCDMS, está agora em funcionamento e pode ainda render maior discernimento.

Outros experimentos de matéria escura estão buscando por WIMPs com tanques de xenônio líquido, como o Large Underground Xenon Detector (LUX) e o XENON Dark Matter Search Experiment.

2013 se tornou um ano promissor na busca pela compreensão da matéria escura.

Fontes: symmetrymagazine (Fermilab/SLAC) – NatureCDMS 1CDMS 2Slides (MIT)

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