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Observatório não detecta partículas de matéria escura

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/04/2011

Xenon100 não detecta partículas de matéria escura
Os cientistas teorizaram que poderiam detectar as partículas de matéria escura quando elas se chocassem com os átomos de xenon. Mas não foi isto o que aconteceu.
[Imagem: Zina Deretsky/NSF]

Partículas de matéria escura

Quando instalaram um equipamento ultra-sensível nas profundezas de uma mina subterrânea na Itália, os cientistas esperavam detectar as partículas que constituem a matéria escura.

As teorias atuais afirmam que a matéria escura compõe mais de 80% de toda a massa do Universo. Mas ela é invisível a qualquer instrumento já construído pelo homem, sendo detectada apenas indiretamente, pelos seus efeitos gravitacionais.

O melhor candidato para ser o "átomo da matéria escura" é o chamado WIMP, do inglês Weakly Interacting Massive Particle, partícula maciça fracamente interativa.

Para detectá-lo, físicos do Instituto Nacional Italiano de Física (INFN) construíram o experimento Xenon100.

Detector de matéria escura

Xenon100 é um detector ultra-sensível, construído com camadas sucessivas de água, chumbo, cobre e outros materiais, cada um deles projetado para filtrar a radiação e outras fontes de energia que poderiam gerar sinais falsos.

É também por isso que o detector foi colocado no fundo de uma mina subterrânea: as rochas ajudam a proteger o sensor da radiação cósmica que bombardeia continuamente a Terra.

O nome do detector, contudo, vem dos 62 quilogramas de xenon (ou xenônio) líquido que ficam embaixo de todas as camadas-escudo, funcionando como o verdadeiro alvo para detectar as WIMPs. O xenon foi escolhido por ter um grande núcleo, o que aumenta a chance de que as WIMPs choquem-se contra ele.

Os cientistas teorizaram que poderiam detectar as partículas de matéria escura quando elas se chocassem com os átomos de xenon. Embora raras, essas colisões produziriam sinais muito tênues, na forma de uma emissão de luz azulada que poderia ser detectada por câmeras ultra-sensíveis montadas nos dois lados do Xenon100.

O número 100 vem do número de dias que o detector deveria funcionar para produzir um volume de dados estatisticamente relevante para a detecção - levando em conta a quantidade de matéria escura que se acredita existir no Universo e o tamanho dos átomos de xenon, em 100 dias várias colisões deveriam ser detectadas.

WIMPs não encontrados

Infelizmente, não foi isto o que ocorreu. Depois de 100 dias, apenas três eventos foram registrados como candidatos a colisão de WIMPs - mas a teoria afirma que o experimento deveria gerar dois eventos como resultado da radiação de fundo.

Desta forma, a conclusão do experimento foi: nenhuma WIMP foi detectada, mantendo-se o mistério da matéria escura.

Mas seria o caso de se abandonar a hipótese da matéria escura?

Ainda não. O fato é que a hipótese é muito boa e consistente com os resultados de outras observações, que levaram à ideia de que a chamada matéria bariônica - esta matéria ordinária de que nós e as galáxias somos feitos - não responde por mais do que 4% da massa de todo o Universo.

O próprio Modelo Padrão da física de partículas sugere a existência de novas partículas exóticas, candidatas perfeitas para serem os blocos constituintes da matéria escura.

Na verdade, mesmo o resultado negativo do Xenon100 tem seu valor científico, ao estreitar os limites de energia em que as WIMPs deverão ser procuradas no futuro.

Então o grupo de 60 físicos de 14 instituições que construiu o Xenon100 planeja construir um detector maior e que funcione por mais tempo. Ao refinar seus dados, ele verificaram que só podiam aproveitar a porção mais interna do xenon, equivalente a 48 kg.

O novo detector terá 2.500 quilogramas de xenon, devendo ser construído nos próximos 10 anos.

Há outros experimentos em andamento, tentando detectar as partículas de matéria-escura. Um deles, que também funcionará dentro de uma mina subterrânea, pretende procurar pelas WIMPs em uma faixa de energia mais baixa.

Neutrinos não encontrados

Recentemente os cientistas do experimento IceCube defrontaram-se com outro resultado negativo similar: eles não conseguiram detectar os neutrinos de alta energia que se acreditava estarem associados com as erupções de raios gama, resultantes da explosão de estrelas ou das colisões de restos de estrelas já destruídas.

A teoria diz que esses cataclismas cósmicos produzem - além dos próprios raios gama - prótons de de alta velocidade, que se acredita serem os responsáveis pelos raios cósmicos de mais alta energia que atingem a Terra.

Nas proximidades da explosão que os origina, esses prótons devem acertar fótons em cheio, gerando neutrinos de altas energias, acima de 1 TeV.

Contudo, depois de 13 meses de observações, que permitiram o monitoramento de 117 erupções de raios gama, o IceCube não detectou nem um desses super neutrinos.

Bibliografia:

Artigo: Dark Matter Results from 100 Live Days of XENON100 Data
Autores: E. Aprile et al. (XENON100 Collaboration)
Revista: arXiv
Data: 13 Apr 2011
Link: http://arxiv.org/abs/1104.2549

Artigo: Limits on Neutrino Emission from Gamma-Ray Bursts with the 40 String IceCube Detector
Autores: R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration)
Revista: Physical Review Letters
Data: 7 April 2011
Vol.: 106, 141101 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.141101





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