Lá no subsolo das Black Hills, em Dakota do Sul, dentro de uma mina de ouro desativada, um dos experimentos mais sensíveis do planeta registrou algo inesperado. O detector LUX-ZEPLIN, mais conhecido como LZ, captou um evento que não se encaixa nos padrões de nenhuma fonte conhecida de radiação ou partícula comum. E isso pode significar uma coisa histórica: a primeira detecção direta de matéria escura.
Calma, ainda não é hora de comemorar. Os próprios pesquisadores fazem questão de dizer que estão céticos e que precisam de mais dados. Mas o sinal existe, é real e está exatamente na faixa de energia onde os cientistas esperavam que a matéria escura aparecesse. Isso é mais do que qualquer outro experimento conseguiu até hoje.
Afinal, o que é matéria escura?
A matéria escura é uma dessas ideias que parecem saídas de um filme de ficção científica, mas que estão no centro da cosmologia moderna. Cerca de 85% de toda a massa do universo seria composta por ela. Porém, ela não absorve, não reflete e não emite luz. Na prática, é invisível para qualquer telescópio.
Então por que achamos que ela existe? Por causa da gravidade. Galáxias giram rápido demais para a quantidade de matéria visível que contêm. Elas também se mantêm unidas de um jeito que não deveria ser possível apenas com estrelas, gás e poeira. Para explicar tudo isso, a física precisa de algo extra, uma “cola” invisível que sustenta as estruturas do cosmos.
Detectar esse material diretamente é um dos maiores desafios da ciência moderna. É praticamente procurar uma agulha específica em um palheiro que não para de crescer.
O detector que caça fantasmas
Um dos candidatos mais fortes a partícula de matéria escura é o chamado WIMP, sigla em inglês para Partícula Massiva de Interação Fraca. O LZ foi desenhado justamente para tentar encontrar esses WIMPs. O equipamento é basicamente um tanque com dez toneladas de xenônio líquido ultrapuro, cercado por sensores capazes de detectar qualquer colisão mínima entre uma partícula e um átomo de xenônio.
Mas isso não basta. O detector fica a quase 1,6 quilômetro de profundidade, no Sanford Underground Research Facility, em Lead, Dakota do Sul. Toda essa distância do mundo lá fora serve para bloquear raios cósmicos e outras interferências que poderiam gerar falsos positivos. Qualquer sinal capturado ali precisa ser analisado com um cuidado digno de uma cena de crime.
Um sinal que não deveria existir
Na nova rodada de análises, os pesquisadores do LZ estudaram dados coletados ao longo de 220 dias, entre março de 2023 e abril de 2024. Eles já tinham procurado sinais simples de WIMPs nesse mesmo conjunto de dados, mas agora a busca foi ampliada para interações que depositassem mais energia no detector. Foi nessa varredura mais profunda que apareceu um evento registrado em 16 de junho de 2023.
Esse evento não combina com nenhum ruído de fundo conhecido. E olha que os cientistas passaram meses tentando encontrar explicações convencionais. Sam Eriksen, pesquisador da Universidade de Bristol e autor principal do estudo, revelou que a equipe fez uma análise detalhada de uma região do espectro que ainda não tinha sido explorada e estudou todas as possíveis fontes de eventos de fundo.
Rick Gaitskell, porta-voz do LZ e professor de física na Brown University, resumiu bem o clima: a equipe não está afirmando que viu matéria escura, mas também não pode ignorar que encontrou algo interessante na região onde a matéria escura deveria aparecer, com uma taxa de concorrência de fundo baixíssima.
O mistério dentro do mistério
Aqui a história fica ainda mais curiosa. Se o sinal realmente veio de um WIMP batendo em um átomo de xenônio, essa partícula teria que ter uma massa cerca de 200 vezes maior que a de um próton. Além disso, a colisão foi energeticamente forte demais. Isso cria um problema teórico interessante.
Afinal, se o LZ detectou um evento de alta energia, seria esperado que ele também já tivesse visto uma porção de eventos de energia mais baixa. Mas isso não aconteceu. As teorias padrão não explicam essa combinação de resultados. Talvez os WIMPs interajam com a matéria de um jeito que ainda não entendemos, ou talvez essa partícula específica tenha ganho um empurrão extra de velocidade em algum momento. Ou, quem sabe, o que apareceu ali não foi um WIMP, mas sim outro tipo de partícula ou processo físico totalmente desconhecido.
E agora, o que esperar?
A boa notícia é que essa não é uma história que vai ficar sem respostas por muito tempo. O LZ já possui o maior conjunto de dados de matéria escura do mundo, e ele só tende a crescer. Se novos eventos como o de junho de 2023 surgirem nas próximas análises, dois outros experimentos, o PandaX, na China, e o XENONnT, na Itália, poderão ajudar a confirmar se o que está sendo visto é realmente um WIMP.
O artigo completo já está disponível em formato de preprint e deve ser publicado na revista Physical Review Letters. Ou seja, em breve a comunidade científica vai poder analisar cada detalhe desse sinal com lupa.
Por enquanto, a matéria escura segue sendo um dos maiores enigmas do universo. Mas, pela primeira vez em muito tempo, existe uma pista concreta e empolgante para seguir. Quem sabe daqui a alguns anos a gente não olhe para trás e diga que 16 de junho de 2023 foi o dia em que os físicos finalmente colocaram os olhos no invisível? Ou que descobriram algo ainda mais estranho do que qualquer teoria previa. No fim das contas, na ciência, qualquer uma das opções já seria uma vitória incrível.
Fonte: Gizmodo