Última chamada: os WIMPs mostrarão seus rostos no novo experimento de matéria escura?

O detector mais sensível até hoje inicia seu trabalho em março - e há muita coisa em jogo.

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Tubos fotomultiplicadores no experimento XENON1T irá registrar quaisquer traços de luz criadas quando uma partícula de matéria escura atinge um átomo de xenônio. Crédito: ENRICO SACCHETTI.

Artigo traduzido de Scientific American. Autor: Clara Moskowitz.

É agora ou nunca para a explicação favorita da matéria escura, o material invisível que parece permear o universo. A maior e mais sensível busca até hoje das partículas que muitos físicos pensam compor a matéria escura partículas massivas que interagem fracamente (WIMPs) começará em março no experimento XENON1T no Laboratório Nacional de Gran Sasso, na Itália.

O projeto é o último de uma linha de detectores que datam 1980, mas até agora todos falharam em encontrar matéria escura. Se as partículas indescritíveis não forem encontradas nos próximos anos pelo XENON1T, os físicos poderão ter que abandonar a teoria principal e procurar explicações mais exóticas. “Nossos melhores modelos estão ao alcance do XENON1T“, diz Rafael Lang, físico da Universidade de Purdue, que trabalha no experimento. “Se nós não a virmos, isso significa que nossas ideias estão completamente erradas, e teremos que voltar à estaca zero“.

WIMPs são uma previsão da teoria das supercordas. Esta extensão do Modelo Padrão da física de partículas propõe a existência de partículas parceiras para todos os bits fundamentais conhecidos da matéria no universo. WIMPs seriam os mais leves desses parceiros, e os físicos os favorecem porque a teoria prevê a quantidade de matéria escura que deve existir por causa de sua força gravitacional (a matéria escura representa uma estimativa de 84% de toda a matéria no cosmos). Muitas versões dos WIMPs já foram descartadas porque pesquisas anteriores para eles tiveram resultados negativos, mas os investigadores ainda têm esperanças de que uma das possibilidades restantes vai funcionar.

Enterrado em uma caverna de 1400 metros de profundidade, o XENON1T abriga um grande tonel cilíndrico preenchido com 3500 kg de xenônio líquido. A substância naturalmente emite luz quando seus átomos são perturbados; os cientistas querem pegar a rara ocasião quando uma partícula de matéria escura colide com um núcleo de xenônio, um impacto que deve deixar um sinal de energia único. Embora pense-se que a matéria escura seja onipresente cerca de 100.000 partículas escuras permeiam cada centímetro quadrado de espaço a cada segundo ela quase nunca interage com a matéria regular e geralmente só a conhecemos através da gravidade. Após a pesquisa de dois anos planejada no XENON1T, a detecção de apenas 10 partículas que pareçam coincidir com propriedades previstas de matéria escura seriam suficientes para reivindicar uma descoberta.

O projeto de US$ 15 milhões, patrocinado por uma colaboração entre 10 países diferentes, segue uma versão anterior do experimento, que era 25 vezes menor. O volume de coleta maior do novo XENON, bem como uma melhor blindagem para bloquear outras partículas que podem se passar por matéria escura, devem permitir que ele ultrapasse o nível de sensibilidade da experiência anterior dentro de dois dias ligado. Também deve ultrapassar o experimento para matéria escura atual, o experimento Large Underground Xenon (LUX) em Dakota do Sul, dentro de algumas semanas. “Eu não me surpreenderia se o XENON1T for capaz de fazer uma descoberta que escapou por pouco das gerações de experiências que vieram antes dele”, disse Tim Tait, teórico da Universidade da Califórnia, Irvine, que não está envolvido nos experimentos.

Enquanto isso, os WIMPs também podem aparecer a qualquer momento no Large Hadron Collider, perto de Genebra, onde prótons colidem perto da velocidade da luz para dar origem a novas partículas. O acelerador iniciou uma segunda operação no ano passado, com quase o dobro da energia com a qual foi ligado em 2009 e agora deve ser poderoso o suficiente para criar aproximadamente a mesma faixa dos WIMPs que pode ser detectável pelo XENON1T.

E se nos próximos anos nenhum deles encontrar uma pista das partículas, pode ser a hora dos teóricos encontrarem outra explicação para a matéria escura. “Por um lado, sabemos que ela existe, mas, por outro lado, sabemos muito pouco sobre ela, por isso é muito fácil teorizar sobre as possibilidades”, diz Tait. “Se nós não a virmos, isso nos diz a matéria escura é mais estranha e maravilhosa do que tínhamos inicialmente imaginado que fosse”.

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