Varredura experimental não detecta matéria escura

Ausência indícios de matéria escura questiona proposições anteriores

Laboratório Sanford

LEGENDA: PROCURANDO WIMPS: O Grande Detector Subterrâneo de Xenônio (LUX) usa este equipamento para procurar luz emitida por átomos atingidos por uma pequena partícula de matéria escura em um tanque de xenônio líquido.

Clara Moskowitz

A busca mais sensível do mundo pela matéria escura anunciou ontem o que encontrou: nada. De acordo com cientistas, os primeiros resultados do experimento LUX (Grande Detector Subterrâneo de Xenônio, em inglês) foram nulos, indicando que a matéria invisível que se acredita compor uma grande parte do Universo é ainda mais elusiva do que acreditavam muitos especialistas.

Enterrado a cerca de 1,5km de profundidade em uma mina de ouro reformada na Dakota do Sul, que atualmente é a Instalação de Pesquisa Subterrânea Sanford, o experimento LUX procura sinais de partículas de matéria escura colidindo com os átomos em um tanque de xenônio líquido. Durante seus primeiros três meses de operação o detector não encontrou qualquer tipo de sinal. “Nós procuramos muito por essas partículas de matéria escura e não vimos nada”, declara o físico Rick Gaitskell da Brown University, co-porta-voz do LUX.

Os resultados, apresentados ontem (30/10) em um seminário e enviados para publicação à Physical Review Letters, eliminam várias massas e características possíveis para as partículas que compõem a matéria escura. O resultado nulo também conflita com experimentos anteriores que relataram possíveis sinais de matéria escura.

Cerca de um quarto do Universo parece ser composto de matéria escura, que faz sua presença ser sentida através da gravidade, apesar de não poder ser vista ou tocada. Uma das principais explicações da matéria escura postula que ela é composta de partículas chamadas de WIMPs (Partículas Massivas de Interação Fraca, em inglês). Se existirem, um bilhão dessas WIMPs provavelmente atravessam seu corpo a cada segundo sem que seus átomos percebam. A reticência dessas partículas em interagir com a matéria conhecida apresenta um desafio a físicos que pretendem detectar a matéria escura. Hipóteses sugerem, porém, que em situações muito raras WIMPs devam se chocar com átomos convencionais em vez de passarem pelo espaço entre eles.

Pesquisadores do LUX esperam captar esses impactos escassos ao medir partículas de luz (fótons) emitidas por um átomo de xenônio que for atingido por matéria escura. Para reduzir as chances de qualquer outra coisa fazer o xenônio emitir luz – como partículas espaciais carregadas, chamadas de raios cósmicos – o detector fica altamente protegido e enterrado no fundo da mina. Em termos de radioatividade de fundo, raios cósmicos e outros contaminantes, o centro do tanque do LUX, com 370kg de xenônio, é o “lugar mais silencioso do mundo”, explica Gaitskell.

O experimento é duas vezes mais sensível a partículas hipotéticas de matéria escura com grandes massas que outros detectores, e é ainda melhor se as partículas de matéria escura forem relativamente leves, observam os cientistas. O fato de o LUX ainda não ter registrado nenhum impacto desse tipo indica que as partículas no espectro de massa a que ele é sensível – entre cinco e 10 mil vezes a massa de um próton (uma unidade chamada de giga-elétron volt) – interagem de maneira extremamente rara com a matéria comum.

Os novos resultados do LUX também lançam dúvidas sobre alegações anteriores de possível detecção de matéria escura. O projeto italiano Dama (que significa DArk MAtter, ou matéria escura) alegou ter observado sinais de WIMPs há mais de uma década, e mais recentemente o CDMS (Busca Criogênica por Matéria Escura, em inglês) e o experimento CoGeNT (Tecnologia Coerente de Neutrinos baseada em Germânio, em tradução aproximada), ambos em Minnesota, observaram alguns eventos que podem ser atribuíveis à matéria escura. “Infelizmente não vejo essas alegações sobrevivendo aos novos resultados”, lamenta Gaitskell.

As outras equipes, porém, não estão prontas para reconhecer a derrota. Juan Collar da University of Chicago, que dirige o projeto CoGeNT, declara acreditar que a equipe do LUX não levou adequadamente em conta efeitos de campo elétrico e que, portanto, podem ter subestimado a sensibilidade do detector de xenônio para WIMPs de pouca massa.

Blas Cabrera da Stanford University, que dirige o projeto CDMS, também sustenta que o que seu projeto observou ainda pode ser matéria escura. “É improvável que o LUX tenha descartado toda a região de interesse” para WIMPs de pouca massa, porque o xenônio não é tão sensível quanto outros materiais à matéria escura nesse espectro de massa, aponta ele. (O CDMS usa detectores de silício e de germânio). “Apesar dessas críticas amigávels, estamos todos empolgados pelo sucesso de um novo experimento de busca de WIMPs que foi cuidadosamente construído”, elogia Cabrera. “Nós também continuamos a acreditar que, dada a dificuldade de todos os experimentos e a incerteza das propriedades das partículas de matéria escura, é muito importante usar vários materiais e tecnologias diferentes de detecção”.

A competição é acirrada para descobrir qual será o primeiro experimento a encontrar matéria escura, mas os pesquisadores declaram se importar mais com respostas do que com fama. “Nessa ponto da minha carreira, eu não estou preocupado em saber qual experimento descobrirá partículas de matéria escura, quero saber muito mais durante meu tempo de vida”, observa Cabrera.

O LUX é o experimento mais recente em uma série de buscas que estão em andamento há mais de três décadas, e nenhuma delas encontrou evidências conclusivas de matéria escura. Mas os cientistas não estão desencorajados. “Não posso dizer que estou decepcionado”, declara Daniel McKinsey, um porta-voz da Yale University. “Nós estamos muito felizes que o instrumento esteja funcionando tão bem”. O LUX continua a coletar dados, e os pesquisadores já estão planejando um detector de xenônio ainda maior, chamado de LUX-ZEPLIN. “Com sorte, da próxima vez estaremos anunciando um resultado positivo”, conclui Gaitskell. “Isso, como dizem, deixaremos com os deuses”.
Scientific American Brasil