Compreender a matéria escura — aquela componente invisível que representa a maior parte da massa do cosmos — continua a ser um dos grandes desafios da física moderna. No entanto, os cientistas podem estar um passo mais à frente para um grande avanço: em causa está a experiência LUX-ZEPLIN (LZ), considerado o detetor mais sensível do mundo, que acaba de publicar novos resultados que refinam a procura por um dos principais candidatos teóricos: partículas massivas de interação fraca, conhecidas como WIMPs.
“Esperamos sempre descobrir uma nova partícula, mas também é fundamental poder estabelecer limites para o que pode ser a matéria escura”, explicou Hugh Lippincott, físico experimental da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara (UCSB). Embora os cientistas estejam convencidos da sua existência há décadas, a matéria escura permanece indefinida, mesmo enquanto molda galáxias e mantém a estrutura cósmica unida.
A quase 1,6 km abaixo da superfície está o LUX-ZEPLIN (LZ), no Centro de Investigação Subterrâneo de Sanford (SURF), no Dakota do Sul (EUA), indicou o site ‘Tempo.pt’. Aí, protegido da radiação de fundo, procura minúsculos sinais que possam revelar a presença de um WIMP. Na sua análise mais recente, a equipa examinou os dados recolhidos ao longo de 280 dias de observação, acrescentando 220 novos dias — entre março de 2023 e abril de 2024 — aos 60 dias do seu primeiro ciclo operacional
Até 2028, prevê-se completar 1.000 dias de medições. O coração da experiência são duas câmaras de titânio preenchidas com 10 toneladas de xénon líquido ultrapuro, um ambiente silencioso e denso que regista os mais ténues flashes de luz gerados por uma potencial colisão com um WIMP. À sua volta, um Detetor Externo (OD) com líquido cintilante carregado de gadolínio ajuda a distinguir sinais autênticos de ruído de fundo.
O segredo da sensibilidade do LZ reside na sua capacidade de reduzir os sinais falsos. Por estar enterrado no subsolo, o detetor está protegido dos raios cósmicos, e a sua estrutura — composta por milhares de componentes de baixa radiação — minimiza a interferência natural do ambiente. Cada camada do sistema tem uma função: bloquear a radiação externa ou rastrear interações que possam imitar a matéria escura.
Além disso, a equipa utiliza técnicas de análise avançadas para filtrar eventos espúrios e manter a integridade dos dados.
Entre os principais inimigos da experiência estão os neutrões, partículas subatómicas presentes em quase todos os átomos e capazes de produzir sinais indistinguíveis dos WIMPs. Para fazer face a este desafio, os cientistas da UCSB lideraram o projeto do Detetor Externo, essencial para descartar interações de neutrões e validar possíveis deteções reais.
“O problema dos neutrões é que geram o mesmo tipo de sinal que esperamos de um WIMP”, explicou a investigadora Makayla Trask. “O OD permite-nos detetá-los e descartar falsos positivos.” Outro imitador frequente é o radão, um gás radioativo que pode emitir uma sequência de decaimentos facilmente confundida com a matéria escura. “Nesta fase, conseguimos identificar estas sequências completas no detetor e evitar confusões”, explicou o físico Jack Bargemann.
Para evitar interpretações erradas por parte dos humanos, a colaboração LZ utiliza um método chamado “salting”, que introduz sinais WIMP falsos nos dados durante a recolha. Só no final da análise — quando os dados são “salting” — é que os cientistas descobrem que acontecimentos foram reais. Isto elimina qualquer viés inconsciente na interpretação.
“Estamos a explorar uma região onde nunca ninguém olhou”, disse Scott Haselschwardt, coordenador do estudo. “Quando se trabalha na fronteira do conhecimento, manter a objetividade é essencial.”
Com mais de 250 cientistas de 38 instituições em seis países, a colaboração LUX-ZEPLIN prepara-se para continuar a recolher dados e desenvolver uma versão ainda mais avançada: o XLZD, o futuro detetor de última geração que promete levar a humanidade um passo mais perto da compreensão da matéria invisível do cosmos.
