Em uma mina de ouro abandonada a 1,6 km de Leed, Dakota do Sul, engenheiros e físicos da Universidade de Wisconsin-Madison estão trabalhando em uma câmara contendo 10 toneladas de xenônio líquido. Eles esperam que em uma mina subterrânea, onde o espaço experimental será protegido de partículas solares e radiação cósmica, eles serão capazes de detectar matéria escura pela primeira vez.
Já publicamos uma análise detalhada do que pode ser misteriosa a matéria escura do ponto de vista da física moderna. A hipótese inicial surgiu na década de 1930, quando os astrônomos perceberam que a galáxia carece da força da gravidade para manter sua estrutura apenas devido às suas fontes visíveis - estrelas, planetas, buracos negros, etc. Diretamente a própria matéria escura antes até agora não foi possível detectar, sua existência foi deduzida apenas com a ajuda de modelos matemáticos gravitacionais. No entanto, os astrônomos acreditam que, de fato, pode haver cinco vezes mais matéria escura no universo do que matéria visível. A equipe UW-Madison decidiu acabar com essa incerteza.
O experimento da mina de ouro da Dakota do Sul é chamado LUX-ZEPLIN, ou LZ para breve. É uma versão estendida do experimento anterior Large Underground Xenon (LUX) e do programa de matéria escura ZEPLIN. A ideia é detectar uma partícula de matéria escura enquanto ela interage com um átomo de xenônio, causando uma reação em cadeia na câmara que acabará ejetando luz ultravioleta e liberando uma barragem de elétrons. Imediatamente após a ignição do xenônio líquido, o gás xenônio na câmara acima dele reagirá emitindo elétrons e emitindo um segundo pulso de luz mais brilhante. Os físicos que trabalham no projeto o descrevem como um "sino" que tocará quando exposto a uma partícula de matéria escura.
“Partículas de matéria escura podem estar bem aqui na sala, passando por sua cabeça e possivelmente ocasionalmente colidindo com alguns átomos”, disse Duncan Carlsmith, professor de física da UW-Madison, em um comunicado à imprensa.
Representação esquemática do laboratório subterrâneo LUX-ZEPLIN
No início deste mês, o Departamento de Energia aprovou os estágios finais da construção do LZ em uma mina de ouro, oficialmente chamada Sanford Underground Research Center. Enquanto isso, os pesquisadores estão trabalhando com um protótipo menor para garantir que quando o "grande" LZ for lançado em 2020, ele não estará suscetível a interferências.
Para garantir que nada além de matéria escura interaja com o xenônio líquido, a equipe está construindo duas câmaras externas projetadas para detectar e remover quaisquer partículas contaminantes. A câmara será preenchida com 10 toneladas de xenônio líquido e mais de 500 fotomultiplicadores - tubos a vácuo, que são detectores de luz ultrassensíveis e vão monitorar o LZ. Se qualquer coisa diferente de matéria escura quebrar o resto do xenônio, os detectores terão que mostrar que este é um alarme falso.
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Assim que a instalação na mina subterrânea estiver pronta e o experimento lançado, resta esperar. Os físicos estarão procurando por partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs, que são os blocos de construção hipotéticos da matéria escura. Acredita-se que na maioria das vezes os WIMPs passam pela matéria comum sem deixar vestígios, mas podem ocasionalmente colidir com partículas comuns.
Os participantes do projeto LUX-ZEPLIN montaram uma cópia em miniatura da futura instalação. Antes de conduzir um experimento global, você precisa testá-lo em um modelo menor e mais caro.
O LZ permanecerá ligado por pelo menos cinco anos, mas todos esperam que ele seja capaz de detectar WIMPs pela primeira vez ou excluí-los como uma substância etérea que constitui a matéria escura. Outros experimentos no IceCube Center for Particle Astrophysics de Wisconsin, bem como projetos na Itália e na China, estão conduzindo seus próprios experimentos para encontrar evidências diretas da existência de matéria escura. Os físicos da UW-Madison também estão usando o Large Hadron Collider na tentativa de detectar a matéria escura, que é criada quando as partículas de alta energia colidem. A corrida pelos descobridores da matéria escura está a todo vapor!
Se pudermos encontrar e medir essa substância, alcançaremos uma compreensão maior de como o universo funciona do que nunca. É possível que a matéria escura constitua mais de 25% de todo o cosmos e, uma vez que descobrimos as propriedades específicas do material, ela pode revelar segredos que há muito permaneceram ocultos de nós.
