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Cientistas: experimento pode ter encontrado matéria escura

29 dez 2009
09h37
atualizado às 10h08
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Um experimento enterrado nas profundezas das florestas de Minnesota observou dois eventos que podem ser a primeira detecção direta da matéria escura. A descoberta é tentadora - ainda é possível que partículas convencionais tenham causado o sinal, mas, se confirmada, ela marcará o fim de uma busca de décadas por essas partículas misteriosas.

As possíveis WIMPs foram detectadas nos cristais de germânio e silício do experimento, que são esfriados a temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15º C)
As possíveis WIMPs foram detectadas nos cristais de germânio e silício do experimento, que são esfriados a temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15º C)
Foto: Nature

Os dados do experimento CDMSII (acrônimo em inglês para segunda busca criogênica de matéria escura) também sugerem que a matéria escura deve aparecer nas colisões do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o mais poderoso acelerador de partículas no mundo em operação no CERN, o laboratório europeu de física de partículas próximo a Genebra, Suíça.

Observações do astrônomo suíço Fritz Zwicky nos anos 1930 deram as primeiras pistas da existência da matéria escura. Desde então, estudos da estrutura do Universo e da rotação de galáxias confirmaram que deve haver uma forma invisível de matéria formando o cosmos. Essa matéria escura deve corresponder a até 85% de toda matéria no Universo, embora sua identidade seja desconhecida.

Os dois eventos, observados pelo CDMSII em 2007, são assinaturas da forma mais provável de matéria escura, conhecida como partículas massivas de interação fraca (WIMPs, no acrônimo em inglês). Cada partícula pode ser tão massiva quanto um átomo inteiro, mas se revelar apenas raramente na interação com a matéria convencional.

As possíveis WIMPs foram detectadas nos cristais de germânio e silício do experimento, que são esfriados a temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15º C). Quando uma WIMP se choca com um desses cristais, isso deve provocar vibrações que aumentam sutilmente a temperatura do detector e também criar uma pequena carga na superfície do cristal. A comparação do tamanho e do tempo dos dois sinais pode ajudar a determinar se eles foram ou não causados por WIMPs.

Uma pista interessante
Os cientistas do CDMSII não estão comentando sobre os resultados até que eles sejam revisados por colegas independentes. Mas em uma série de pronunciamentos nos próximos dias nos EUA e na Europa, os cientistas devem anunciar que seus candidatos a WIMP têm uma massa de 3.060 giga elétron-volts, cerca de 3.060 vezes a de um único próton. A partir de sua análise, eles acreditam que haja uma chance de 75% de que ambos os eventos sejam WIMPs e uma de 25% de que os dois sejam falso-positivos causados por radiação desgarrada.

Três chances em quatro não são o bastante para declarar uma detecção definitiva das esquivas WIMPs, afirma Timothy Sumner, físico do Imperial College London, que lidera um experimento de WIMP rival conhecido como Zeplin-III.

"Estatisticamente, não é convincente", diz ele. A grande pergunta é se o experimento considerou adequadamente a radiação de fundo. Apesar de envolto por tijolos de chumbo e localizado a 750 metros no subsolo da Mina de Soudan, ainda há uma chance de que alguns nêutrons tenham encontrado um caminho até os cristais e imitado os sinais de WIMP. O choque de elétrons desgarrados ou raios gama na superfície do detector também pode criar falso-positivos. É extremamente difícil e crucial conseguir entender e registrar esses ruídos de fundo para confirmar qualquer detecção, afirma Sumner.

Observar dois eventos é um resultado tentador e frustrante para o CDMSII. Se o detector tivesse encontrado cinco WIMPs, os físicos poderiam declarar com confiança uma descoberta, enquanto que se nenhum sinal tivesse sido observado, isso teria restringido ainda mais a possível massa das partículas. ¿O melhor que podemos chamar isso é de pista¿, afirma John Ellis, físico teórico do CERN. "Uma pista interessante."

A caça continua
A possível detecção no CDMSII é a mais recente de uma série de observações de possíveis matérias escuras. Em agosto de 2008, um experimento por satélite de liderança italiana conhecido como PAMELA observou um excesso de antielétrons (pósitrons) que podem ter surgido da aniquilação de partículas de matéria escura.

E em outubro, um satélite da NASA conhecido como Telescópio Especial de Raios Gama Fermi avistou uma névoa de luz de alta energia no centro de nossa Galáxia que também pode ser uma assinatura de matéria escura. Um experimento italiano conhecido como DAMA alegou ter visto matéria escura antes, mas muitos físicos são céticos em relação às descobertas do grupo.Os novos resultados são consistentes com as observações do PAMELA e do Fermi, mas tornam a validade dos resultados do DAMA menos prováveis. Os resultados do CDMSII vão agora estimular os físicos do LHC a verificar a observação.

"O LHC veria isso muito facilmente e com relativa rapidez", diz Ellis, acrescentando que o colisor pode potencialmente gerar um sinal detectável de WIMP até o final do próximo ano. A confirmação de WIMPs nas energias sugeridas pelo CDMSII também forneceria suporte para a supersimetria, uma teoria popular que simultaneamente explicaria a matéria escura e unificaria diversas forças fundamentais.

Mas os cientistas talvez não precisem esperar até lá para saber se o CDMSII está correto. Experimentos como o Zeplin-III estão agora coletando dados e podem dar apoio à observação do CDMSII em questão de meses."Uma possível confirmação pode ocorrer muito rapidamente", diz Sumner.

Tradução: Amy Traduções

Nature

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