Investigadores da Universidade de Coimbra publicam na revista Science

Os cientistas da colaboração internacional XENON, onde participa uma equipa da Universidade de Coimbra (UC) coordenada por José Matias, usam os resultados do seu sistema de detecção para pôr em causa vários modelos teóricos e a possibilidade de descoberta de matéria escura pela colaboração DAMA/LIBRA.

Os resultados acabam de ser publicados na revista Science, complementados dentro de semanas na também conceituada Physical Review Letters e são fruto da análise de medidas realizadas com o detetor XENON100, a perscrutar a existência de WIMPs (do inglês Weakly Interactive Massive Particles), as principais candidatas à composição da misteriosa matéria escura do universo.

“A matéria escura é cerca de cinco vezes mais abundante que toda a matéria que se conhece em todo o Universo”, afirma o coordenador da equipa portuguesa, José Matias.

Embora a colaboração não tenha registado a existência de matéria escura, as capacidades demonstradas pelo detector XENON100 são encorajadoras. Imagine-se o que é procurar um sinal esquivo de matéria escura no meio de muitos outros eventos de radiação das mais variadas proveniências. “Trata-se de encontrar sinais muito raros, uma agulha num enorme palheiro”, ilustra José Matias.

“Enquanto a maioria das experiências tem de facto um palheiro cheio para procurar, o nosso detector é tão eficiente que o número de eventos no caso do XENON100 é reduzido a um pequeno monte de palha, permitindo que os possamos analisar uma a um. Assim, podemos pesquisar de forma muito detalhada e aplicar técnicas inovadoras, o que é muito importante porque ainda não se sabe o que é a matéria escura”, realça o investigador da UC.

Desde 1998 que os cientistas da colaboração DAMA/LIBRA afirmam ter encontrado evidência da existência de matéria escura: registaram um sinal que varia com as estações do ano, tal como é esperado na Terra pelo seu movimento anual em torno do Sol. No entanto, as outras colaborações que procuram a matéria escura não observaram esta modulação.

Perante esta falta de confirmação os cientistas da DAMA/LIBRA sugeriram que se poderia dever a uma forma inesperada de interacção com o alvo, com os electrões ao invés do núcleo atómico – leptofílica-, ao contrário do que a maior parte dos modelos teóricos prevêem.

Testar esta hipótese era e é muito mais difícil tecnicamente, na distinção das WIMP da demais radiação registada (de fundo), e só recentemente os detectores de gases nobres liquefeitos como o XENON100 o tornaram possível, pela grande redução no nível de radiação de fundo.

Sendo o XENON100 extraordinariamente mais sensível que o detector da DAMA/LIBRA, seria de esperar ver a mesma modulação mas de forma muito mais clara. Não se tendo observado a referida modulação não há explicação física que suporte a argumentação da possibilidade leptofílica e assim descarta-se a possibilidade defendida continuadamente pela colaboração DAMA/LIBRA desde há 17 anos.

Com a descoberta iminente da matéria escura será fundamental ter detectores ainda mais sensíveis por forma a poderem registar maior número de eventos de matéria escura, permitindo assim a sua caracterização. Por esse motivo, a colaboração XENON vai iniciar uma nova fase no próximo mês de Novembro com um novo sistema de detecção, o XENON1T – o pioneiro da próxima geração de detectores de matéria escura -, 100 vezes mais sensível que o XENON100.

Tal como este último, o XENON1T está instalado no Laboratório Nacional de Gran Sasso, em Itália, debaixo de 1300m de rocha para blindar o sistema da radiação de fundo provocada pelos raios cósmicos. “Ter a funcionar nos próximos anos um sistema tão avançado como o XENON1T permite antever grandes avanços científicos na procura de solução para a principal questão em aberto da cosmologia”, considera José Matias.

A experiência XENON envolve 130 cientistas de 22 instituições distintas. Portugal é parceiro desde 2005, através da equipa da UC, composta por cinco cientistas e dois engenheiros (http://xenon.fis.uc.pt) do LIBPhys do Departamento de Física.

Foto: NASA Goddard Space Flight Center / Creative Commons