Experiência LUX-ZEPLIN estabelece um novo recorde na procura de matéria escura
"Este novo resultado de LZ representa uma melhoria de cerca de cinco vezes em relação ao melhor resultado publicado anteriormente. "
Photo credits: © Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility
Com os resultados apresentados em agosto deste ano, simultaneamente nas conferências TeV Particle Astrophysics 2024 e LIDINE 2024, a experiência LUX-ZEPLIN (LZ) estabeleceu, mais uma vez, um recorde mundial de sensibilidade a interações de matéria escura.
A matéria escura é um dos maiores mistérios cosmológicos ainda por resolver. Diversas observações apoiam a hipótese de que cerca de 85% da matéria no universo consiste num tipo de matéria que não interage com a luz ou com a matéria bariónica (também conhecida como matéria normal), sendo os seus efeitos sentidos apenas através de interações gravitacionais nas grandes estruturas cósmicas, como galáxias. Pensa-se que é esta substância hipotética que mantém a nossa galáxia (e quase todas as outras galáxias) coesa, envolvendo como um manto as estrelas e a poeira interestelar nos braços espirais da Via Láctea.
A experiência LZ tem como objetivo detetar os sinais ténues de uma interação entre matéria escura e matéria bariónica. No centro do detector está uma câmara de projeção temporal (TPC) com 7 toneladas de Xénon líquido ultra-puro, mantido a uma temperatura de -98ºC, observado por dois conjuntos de 494 tubos fotomultiplicadores capazes de detectar fotões individuais, e rodeada por uma gaiola refletora para maximizar a detecção da luz de cintilação do Xénon. A TPC está encerrada num sistema de detecção em várias camadas, construído com os materiais mais radioativamente limpos disponíveis.
Este novo resultado de LZ representa uma melhoria de cerca de cinco vezes em relação ao melhor resultado publicado anteriormente. Nesta análise foram combinados os dados adquiridos entre maio de 2023 e maio de 2024, com os primeiros dados científicos obtidos em 2022. Com uma exposição combinada de 4,2 toneladas-ano, LZ não encontrou evidências de WIMPs, o candidato mais plausível à matéria escura, para massas acima de 9 GeV/c².
Assim, LZ consegue definir um novo recorde de limite superior para a secção eficaz de interação spin-independente da matéria escura de WIMPs com matéria bariónica, de 2,1×10^-48cm² para uma massa de WIMPs de 36 GeV/c². O LIP é um dos membros fundadores da Colaboração LZ, e os seus investigadores do grupo de Matéria Escura são responsáveis por contribuições substanciais para a experiência, incluindo estudos das propriedades ópticas dos materiais usados no detetor, desenvolvimento de software para análise de dados, monitorização e controlo do detetor, modelagem dos fundos radioactivos, e pesquisa de decaimentos raros de Xénon.
Estes novos resultados foram publicados esta semana como preprint no arXiv [2410.17036] e uma versão revista será publicada em breve.
Para assinalar o Dia da Matéria Escura a 31 de outubro, Paulo Brás, investigador do LIP, foi convidado pelo RÓMULO - Centro Ciência Viva da Universidade de Coimbra para apresentar o lado experimental da procura de matéria escura. O evento terá lugar no Departamento de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, às 17h30. Esta apresentação, intitulada “Os Caça-Fantasmas Cósmicos”, será seguida de uma palestra de Violetta Sagun, do CFisUC. Em conjunto, as palestras irão explorar o mistério da matéria escura, bem como os esforços em curso para a detetar..