Detector LZ registra evento raro que pode ser primeira interação direta com matéria escura

A 1.600 metros de profundidade, sob a rocha da Dakota do Sul, um tanque contendo mais de sete toneladas de xenônio líquido captou algo que físicos perseguem há décadas: um sinal que pode ser a primeira evidência direta de matéria escura interagindo com o universo visível.

O evento foi registrado pelo detector LZ, parte de um experimento que reúne centenas de pesquisadores dedicados a decifrar a natureza de uma substância invisível que constitui 85% de toda a matéria do universo. A matéria escura não emite luz, não a absorve, não a reflete — ela existe apenas através de sua gravidade, impulsionando o movimento de galáxias e estrelas através do cosmos. Por décadas, essa invisibilidade absoluta frustrou os esforços de detecção direta. Os cientistas anunciaram o resultado na terça-feira, 1º de setembro, inicialmente em uma conferência de astrofísica de partículas no Japão, e depois publicaram um artigo descrevendo o achado em seu site. O trabalho será submetido à revista Physical Review Letters para revisão por pares.

O que os detectores buscam é uma colisão extremamente rara: uma partícula de matéria escura colidindo com um núcleo atômico. Os teóricos elaboraram dezenas de candidatos para explicar o que a matéria escura poderia ser. Entre os mais populares está a partícula massiva de interação fraca, conhecida pela sigla WIMP, que é relativamente pesada em escalas subatômicas e interage com a matéria comum principalmente através da gravidade. Segundo as teorias, muito raramente, os WIMPs podem colidir com núcleos atômicos, gerando uma quantidade pequena, mas detectável, de energia.

O detector LZ foi projetado para ser sensível o suficiente para captar esse sinal fugidio. Quando uma partícula entra no tanque e interage com os átomos de xenônio, cria flashes de luz característicos e um fluxo de elétrons. Esses sinais revelam informações sobre a partícula incidente, incluindo sua massa e posição dentro do detector. A profundidade de 1.600 metros é crucial: a rocha matriz protege o equipamento da chuva constante de radiação proveniente do espaço, que de outra forma produziria milhares de interações de partículas por segundo e tornaria impossível identificar um sinal genuíno. A água que envolve o detector bloqueia nêutrons, que poderiam criar sinais semelhantes aos produzidos pela matéria escura. O xenônio é purificado para eliminar contaminantes radioativos que também causariam eventos indesejados.

O evento isolado registrado é intrigante, mas permanece cercado de incerteza. Como observou um dos pesquisadores envolvidos, é possível que se trate simplesmente de matéria comum interagindo de uma forma que os cientistas ainda não compreendem bem. Só o tempo e mais dados dirão. O detector já registrou quase quatro vezes mais eventos do que aqueles utilizados no estudo mais recente, então a equipe tem muito mais partículas para analisar. Dois outros experimentos, um na Itália e outro na China, também estão buscando matéria escura usando detectores de xenônio líquido, oferecendo a possibilidade de confirmação independente.

Katherine Freese, física teórica da Universidade do Texas em Austin, expressou entusiasmo com o resultado, elogiando as técnicas usadas pela equipe do LZ para analisar os dados como fenomenais. Os pesquisadores reconhecem que não têm informações suficientes para saber se esses outros experimentos conseguirão esclarecer a natureza da partícula misteriosa detectada. Mas essa é a esperança — que a ciência se desenvolva através da confirmação, da repetição, da convergência de evidências de múltiplas fontes. Por enquanto, a busca continua.