Um evento raro registrado pelo experimento LUX-ZEPLIN pode ajudar a investigar a natureza da matéria escura, mas ainda não permite afirmar que essa substância foi detectada. A análise identificou uma interação difícil de explicar pelos processos de fundo conhecidos, associados a partículas e fenômenos da matéria convencional.
O resultado foi apresentado em 1º de setembro, durante a conferência TeV Particle Astrophysics, no Japão. O estudo será disponibilizado na plataforma arXiv e submetido à revista Physical Review Letters. Antes disso, ainda deverá passar pela avaliação de pesquisadores independentes.
A equipe mediu o evento com significância estatística de 2,6 sigma. Na física de partículas, o nível geralmente adotado para considerar uma descoberta confirmada é de 5 sigma. Os pesquisadores também precisam verificar se novos dados produzem sinais semelhantes ou se uma explicação convencional será encontrada.
“Não estamos afirmando ter visto matéria escura. Mas vimos algo interessante que queremos compartilhar com a comunidade científica para que ela dê sua opinião”, afirmou Rick Gaitskell, professor da Universidade Brown, nos Estados Unidos, e coautor do projeto.
Como o experimento procurou o sinal
Durante dois anos, cerca de 250 cientistas e engenheiros de 39 instituições, em seis países, analisaram informações do LUX-ZEPLIN. O experimento é administrado pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, do Departamento de Energia dos EUA, e fica na Instalação de Pesquisa Subterrânea de Sanford, na Dakota do Sul, quase 1,5 quilômetro abaixo da superfície.
A equipe examinou 220 dias de dados, coletados entre março de 2023 e abril de 2024. O detector contém cerca de dez toneladas de xenônio líquido ultrapuro. Quando uma partícula colide com um átomo desse material, pode produzir um pequeno clarão e liberar elétrons. Sensores registram a luz, enquanto um campo elétrico conduz os elétrons até a parte superior da câmara, onde surge um segundo clarão.
Nesta análise, os pesquisadores ampliaram a busca para interações capazes de depositar mais energia no detector. A hipótese é que o evento possa ter sido provocado por uma WIMP, partícula massiva de interação fraca considerada uma das principais candidatas a compor a matéria escura.
O que ainda precisa ser verificado
A matéria escura não emite, absorve nem reflete luz de forma detectável. Sua existência é inferida pelos efeitos gravitacionais sobre estrelas, galáxias e outras estruturas do Universo. Segundo os modelos atuais, ela representa cerca de 85% da matéria do Universo.
Se o sinal tiver sido causado por uma WIMP, a análise indica compatibilidade com uma partícula de massa de pelo menos 200 GeV/c², ou mais de 200 vezes a massa de um próton. O evento também sugere uma interação com a matéria comum que não aparece nas versões mais simples dos modelos usados para descrever essas partículas.
O detector conta com rocha, um grande tanque de água e equipamentos externos para reduzir ou identificar sinais produzidos por outras partículas. Ferramentas computacionais também ajudam a separar diferentes tipos de interação e descartar falsos positivos.
Os autores estimam que existe aproximadamente 0,5% de chance de o evento ser explicado pelos ruídos de fundo conhecidos. Sam Eriksen, pesquisador principal do projeto, afirmou que o resultado pode ser “o primeiro passo para entender a matéria escura como uma partícula”, mas reconheceu que estudos futuros podem mostrar que o sinal não tem relação com a substância.
O LUX-ZEPLIN continuará coletando dados no laboratório subterrâneo. A equipe vai procurar novos eventos semelhantes, que poderiam aumentar a confiança na hipótese. A ausência de sinais adicionais ou a descoberta de uma explicação convencional, por outro lado, poderá enfraquecer essa interpretação.
