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O inexplicável sinal recebido do espaço em pesquisa que busca matéria escura

Detector Xenon1T foi instalado em laboratório na Itália entre 2016 e 2018 - Divulgação/XENON experiment
Detector Xenon1T foi instalado em laboratório na Itália entre 2016 e 2018 Imagem: Divulgação/XENON experiment

Paul Rincon - @rincon_p - Editor de Ciência da BBC News

22/06/2020 19h30Atualizada em 23/06/2020 09h48

Há três possíveis explicações para o novo sinal detectado no experimento Xenon1T. Duas demandam uma nova física para explicá-lo, e a terceira consiste na existência das partículas solares axions.

Um experimento que busca a matéria escura detectou um sinal inexplicável do espaço.

Cientistas que atuam no experimento Xenon1T detectaram mais atividade do que esperavam.

Esse "excesso de eventos" pode apontar para a existência de partículas hipotéticas chamadas de axions, entre as quais há candidatas a matéria escura.

Cerca de 85% do Universo é composto de matéria escura, mas sua natureza é desconhecida. O que quer que ela seja, não reflete ou emite luz detectável.

Há três possíveis explicações para o novo sinal detectado no experimento Xenon1T. Duas demandam uma nova física para explicá-lo, e a terceira consiste na existência das partículas solares axions.

As descobertas foram divulgadas no servidor Arxiv de artigos não revisados por outros cientistas.

Até agora, cientistas só conseguiram fazer observações indiretas de evidências de matéria escura, sem uma detecção definitiva e direta dela.

Há diversas teorias que tentam dar conta de como essa partícula possa ser. A mais aceita é a WIMP (sigla em inglês para partículas maciças que interagem fracamente).

Físicos que integram a série de experimentos Xenon já gastaram mais de uma década em busca de sinais desses WIMPs, mas até agora não tiveram sucesso.

Ruído de fundo

O experimento foi realizado nas instalações subterrâneas de Gran Sasso, na Itália, de 2016 a 2018.

Seu detector foi preenchido com 3,2 toneladas de xenônio líquido ultra-puro, sendo que 2 toneladas serviram de "alvo" para as interações entre átomos de xenônio e outras partículas que se movimentaram ali.

Quando a partícula cruzou o alvo, ela gerou pequenos flashes de luz e elétrons liberados do átomo de xenônio.

A maioria dessas interações, batizadas de eventos, são com partículas que já conhecemos, como múons, raios cósmicos e neutrinos. Elas constituem o que os cientistas chamam de sinais de fundo.

Um possível sinal de uma partícula não descoberta precisa ser forte o suficiente para superar esse ruído de fundo.

Cientistas estimaram cuidadosamente o número de eventos de fundo no Xenon1T. Eles esperavam ver 232, mas o experimento detectou 285.

Uma explicação pode ser que uma nova fonte de ruído de fundo que não havia sido considerada antes, causada pela presença de pequenas amostras de trítio no detector do Xenon1T.

O resultado pode ter a ver também com neutrinos, que passam aos trilhões por seu corpo por segundo. Uma explicação pode ser que o momento magnético (uma propriedade de todas as partículas) dos neutrinos seja maior do que o valor no Modelo Padrão, que categoriza as partículas elementares na física.

Uma nova física

Há quem acredite que só uma nova física seja capaz de explicar o fenômeno.

No entanto, o excesso de eventos é mais consistente com sinais dos axions, uma classe de partículas ainda a ser detectada. Na verdade, o excesso de eventos tem um espectro de energia similar ao esperado dos axions produzidos pelo Sol.

Em termos estatísticos, a hipótese de axion solar tem uma significância de 3,5 sigmas.

Ainda que essa significância seja alta, ela não é grande o bastante para concluir que os axions existem. O patamar de 5 sigmas é geralmente considerado o limite para se confirmar uma descoberta como essa.

A significância das hipóteses de momento magnético e de trítio correspondem a 3,2 sigmas, o que significa que elas são consistentes com os dados.

Cientistas que atuam nos experimentos Xenon estão aprimorando as interações para um novo experimento, Xenon-nT. Com melhores dados dessa futura versão, os pesquisadores estão confiantes de que em breve eles poderão dizer se o excesso de eventos foi um acaso estatístico, uma contaminação do fundo, ou algo muito mais empolgante.