Experimento americano não encontra sinais de matéria escura

Pesquisadores americanos anunciaram o final da primeira fase de operação do Grande Detector Subterrâneo de Xenônio (LUX, na sigla em inglês), o maior experimento já realizado para encontrar a matéria escura, um tipo misterioso de matéria cuja composição é desconhecida pelos cientistas. A notícia divulgada pelos pesquisadores nesta quarta-feira é que nada foi encontrado até agora – o que não é, necessariamente, um resultado ruim.

Localizado nos subterrâneos do estado da Dakota do Sul, no centro-oeste dos Estados Unidos, o experimento LUX foi criado pelo governo americano em parceria com dezessete universidades exclusivamente para buscar por esse tipo de matéria. Durante os três primeiros meses de operação, os pesquisadores calibraram seus instrumentos e procuraram por três tipos de partículas que haviam sido encontradas em pesquisas anteriores e eram tidas como possíveis candidatas a componentes da matéria escura. Com os resultados atuais, essas três partículas podem ser descartadas, deixando aos cientistas um amplo campo de pesquisas aberto para ser explorado.

Assim, o fato de nada ter sido encontrado foi comemorado pelos pesquisadores – na ciência, muitas vezes, um resultado negativo pode ser tão importante quanto um positivo. “Mostramos que o LUX já está produzindo os melhores resultados do mundo e diminuindo o espaço para encontrarmos uma partícula de matéria escura”, disse Matthew Szydagis, pesquisador da Universidade da Califórnia, e responsável por coordenar a análise de dados entre os membros da equipe de LUX.

Matéria invisível – A matéria escura é um tipo invisível de matéria, cuja existência só pode ser inferida pelos pesquisadores, mas não diretamente detectada. Como ela não emite nem reflete luz, os cientistas não têm como observá-la a partir da Terra. Ela é conhecida apenas pelos efeitos gravitacionais que exerce sobre a movimentação das estrelas nas galáxias e nos aglomerados de galáxias.

Apesar de sua natureza misteriosa, ela é muito mais abundante no cosmo do que a matéria normal, cuja existência pode ser observada. Os físicos acreditam que a matéria escura é responsável por 26,8% da massa e da densidade de energia do Universo, em comparação aos 4,9% da matéria comum. Todo o resto – 68,3% – é composto pela energia escura, um componente ainda mais misterioso ao qual se atribui a expansão do Universo.

Saiba mais

MATÉRIA ESCURA

Quando os cientistas observam a forma com que estrelas e galáxias se movem, há algo inusitado. Segundo as leis da física, as estrelas e planetas deveriam se movimentar mais lentamente à medida que se afastam do centro dela. Mas isso não acontece na prática. Para que as equações da física façam sentido, é preciso que exista alguma força empurrando o amontoado de poeira, gás, estrelas e planetas da periferia das galáxias em velocidades semelhantes às de corpos que estão mais próximos do núcleo. Essa força adicional é a gravidade de uma manifestação da natureza que possui massa, mas não emite qualquer luz.

ENERGIA ESCURA

A energia escura é um componente descoberto recentemente que representa 70% do conteúdo do Universo. Ela é a suposta responsável pela aceleração da expansão do Universo.

Os pesquisadores não sabem exatamente qual a composição da matéria escura, mas têm algumas suspeitas. Os principais candidatos são as chamadas de Partículas Massivas de Interação Fraca (WIMPs, na sigla em inglês), que recebem esse nome porque interagem muito pouco com a matéria comum. O LUX foi concebido para ser o instrumento com a maior sensibilidade para detectar os WIMPs já feito.

Sondando o invisível – Os cientistas teorizam que as colisões entre os WIMPs e a matéria normal são extremamente raras e difíceis de detectar. “Para se ter uma ideia de quão pequena é essa probabilidade, imagine o disparo de uma partícula de matéria escura em direção a um bloco de chumbo. A fim de obter uma chance de 50% da interação entre a partícula e o chumbo acontecer, o bloco precisaria ter cerca de 200 anos-luz de comprimento. Portanto, é uma interação incrivelmente rara”, diz Richard Gaitskell, pesquisador da Universidade Brown que participou do estudo.

Se encontrar os WIMPs já seria difícil em condições ideais de pesquisa, a tarefa se torna muito mais complicada em um ambiente “poluído” como a Terra, que é alvo constante de uma chuva de partículas vindas do espaço – os raios cósmicos. Essas partículas podem produzir interações semelhantes à matéria escura e confundir os resultados obtidos pelos pesquisadores.

Por esse motivo, o LUX está instalado em uma mina de ouro abandonada situada a quase 1,5 quilômetro da superfície dos Estados Unidos, onde poucas partículas externas podem penetrar. Para aumentar ainda mais o isolamento, o detector é protegido da radiação pela imersão em um tanque de água.

Leia também:

Cientistas encontram indícios de matéria escura no espaço

Estudo mostra mapa mais detalhado do início do Universo

Eliminando os candidatos – No centro de todo esse mecanismo, está um tanque de titânio contendo 368 quilos de xenônio líquido, resfriado a – 100 graus Celsius. Se um WIMP atingir um átomo de xenônio, ele será rebatido e emitirá elétrons e fótons. O elétron será atraído por um campo elétrico na parte superior do tanque, onde irá interagir com outra camada de xenônio gasoso, liberando mais fótons.

O aparelho está equipado com detectores de luz na parte superior e no fundo do tanque, que são capazes de detectar a ação de um único fóton. Assim, se por um acaso um WIMP atingir o equipamento, será detectado de imediato, com a precisão de poucos milímetros. Durante os três primeiros meses de funcionamento do equipamento, no entanto, nada foi encontrado.

Os pesquisadores buscaram, especificamente por três tipos de WIMPs de baixa massa, que haviam sido detectadas em experimentos anteriores. Se eles existissem, no entanto, teriam produzido mais de 1 600 interações durante a operação do detector LUX – ou uma a cada 80 minutos. O resultado indica que os dados captados nos outros experimentos eram provavelmente o resultado de radiação de fundo, e não de matéria escura.

Com a experiência inicial de LUX completa, a equipe agora deve realizar alguns ajustes para afinar a sensibilidade do dispositivo e iniciar um novo experimento no início de 2014, com duração estimada de 300 dias. “Este é apenas o começo para o LUX”, disse Dan McKinsey, físico da Universidade de Yale, que participou do projeto. “Agora que entendemos o instrumento, vamos continuar a colher dados, testando outros para candidatos cada vez mais evasivos para a matéria escura.” Se no final de sua operação o equipamento não tiver ajudado os cientistas a descobrir o que é matéria escura, ele vai, pelo menos, ter mostrado o que ela não é. Para a física isso também é importante.