Agosto 13, 2022

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Matéria Escura: A Busca pelo Invisível Começa em uma Antiga Mina de Ouro Ciência

Em uma antiga mina de ouro a uma milha de profundidade, dentro de um tanque de titânio cheio de um gás liquefeito raro, os cientistas começaram a procurar o que até então era indetectável: matéria escura.

Os cientistas têm certeza de que as coisas invisíveis compõem a maior parte da massa do universo e dizem que não estaríamos aqui sem elas – mas eles não sabem o que é. A corrida para resolver este mistério formidável envia uma equipe para as profundezas sob a liderança de balas, Dakota do Sul.

A pergunta para os cientistas é fundamental, disse Kevin Lesko, físico do Lawrence Berkeley National Laboratory. “O que é esse lugar maravilhoso em que moro? No momento, 95% disso é um mistério.”

A ideia é que um quilômetro e meio de terra e rocha, um tanque gigante, um segundo tanque e o titânio mais puro do mundo bloqueiem quase todos os raios cósmicos e partículas que orbitam ao nosso redor e através de todos nós todos os dias. Mas os cientistas acreditam que as partículas de matéria escura podem evitar todos esses obstáculos. Eles esperam que um voe para a tigela de xenônio líquido no tanque interno e colida com um núcleo de xenônio como duas bolas de bilhar, revelando sua presença em um flash de luz visto por um dispositivo chamado “câmara de projeção no tempo”.

Os cientistas anunciaram na quinta-feira que o processo de pesquisa de cinco anos e US$ 60 milhões finalmente começou há dois meses, após um atraso devido à pandemia. Até agora o aparelho não encontrou nada. Pelo menos não há matéria escura.

Uma câmara toda branca, vista de um ângulo baixo, forrada com ferragens em forma de cúpula, todas voltadas para um cilindro transparente.
Os cientistas esperam que uma partícula de matéria escura voe para um recipiente de xenônio líquido e colida com um núcleo para provar sua existência. Foto: Matthew Capost/Associated Press

Eles dizem que está tudo bem. O dispositivo parece filtrar a maior parte da radiação de fundo que eles esperam bloquear. “Para procurar esse tipo muito raro de interação, a primeira tarefa é primeiro se livrar de todas as fontes normais de radiação, o que sobrecarregaria o experimento”, disse Carter Hall, físico da Universidade de Maryland.

E se todos os seus cálculos e teorias estiverem corretos, eles imaginam que verão apenas alguns sinais passageiros de matéria escura a cada ano. A equipe de 250 cientistas estima que terão 20 vezes mais dados nos próximos dois anos.

Quando o experimento terminar, a chance de encontrar matéria escura com este dispositivo é “provavelmente inferior a 50%, mas superior a 10%”, disse Hugh Lippincott, físico e porta-voz do experimento, em entrevista coletiva na quinta-feira.

Embora isso esteja longe de ser certo, “você precisa de um pouco de entusiasmo”, disse Lesko. “Não entre na física de busca rara sem esperança de encontrar algo.”

Um trabalhador de laboratório usa um traje de proteção completo com cobertura de cabeça e rosto em uma sala coberta com uma folha de plástico.
Os trabalhadores do laboratório têm o cuidado de evitar a contaminação do detector de matéria escura no Sanford Underground Research Facility em Lead, Dakota do Sul. Foto: Stephen Groves/The Associated Press

Dois enormes guindastes da era da Depressão operam um elevador que leva os cientistas ao chamado Lux Zeppelin Experiment no Sanford Underground Research Facility. A descida de 10 minutos termina num túnel com paredes frias forradas com uma rede. Mas a velha e apodrecida mina logo leva a um laboratório de alta tecnologia onde sujeira e poluição são o inimigo. Os capacetes são substituídos por novos, mais limpos, e a dupla camada de meias infantis azuis é substituída por sapatos de segurança com biqueira de aço.

O coração do experimento é o tanque gigante chamado criostato, disse o engenheiro-chefe Jeff Cherwinka em uma turnê em dezembro de 2019, antes que o dispositivo fosse desligado e embalado. Ele o descreveu como “como uma garrafa térmica” feita de “talvez o titânio mais puro do mundo” projetado para manter o xenônio líquido frio e a radiação de fundo no mínimo.

O xenônio é especial, explicou o coordenador de física do experimento Aaron Manalisay, porque permite que os pesquisadores saibam se uma colisão é com um de seus elétrons ou com seu núcleo. Se algo atingir o núcleo, disse ele, é provável que seja a matéria escura que todos estão procurando.

Esses cientistas tentaram um experimento semelhante e menor aqui anos atrás. Depois que eles saíram vazios, eles pensaram que tinham que ir muito maior. Outro teste em larga escala está ocorrendo na Itália, dirigido por uma equipe rival, mas ainda não foram anunciados resultados.

Os cientistas estão tentando entender por que o universo parece ser tão diferente.

Uma equipe de cientistas vestindo trajes de proteção de corpo inteiro está em fila perto de um dispositivo que parece ser cilindros concêntricos, com um exterior transparente e um interior opaco, estendendo-se do chão ao teto.
A equipe de pesquisa fica ao lado de um tanque gigante chamado criostato, que um cientista comparou a uma garrafa térmica. Foto: Matthew Capost/Associated Press

Uma peça do quebra-cabeça é a matéria escura, que tem, de longe, a maior massa do universo. Os astrônomos sabem que ela existe porque, quando medem estrelas e outras matérias comuns em galáxias, descobrem que não há força gravitacional suficiente para manter esses aglomerados juntos. Se nada mais, disse Manalaisay, as galáxias “estariam voando rapidamente”.

“É impossível entender nossa observação da história, do universo evolutivo sem matéria escura”, disse Manalisay.

“Não estaríamos aqui sem matéria escura”, disse Lippincott, físico da Universidade da Califórnia, em Santa Barbara.

Portanto, embora não haja dúvidas sobre a existência da matéria escura, há muitas dúvidas sobre o que é. A teoria principal é que inclui coisas chamadas Wimps – que interagem fracamente com partículas massivas.

Nesse caso, o Lux-Zeplin pode detectá-lo. Queremos descobrir “onde os covardes podem se esconder”, disse Lippincott.

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