Poderá este experimento identificar a matéria escura?

(Tradução: Leonardo Soares Quirino da Silva)

"A questão chave que queremos abordar", diz Gianfranco Bertone à PhysOrg.com, "é o que é a matéria escura".

Bertone é um cientista no Instituto de Astrofísica de Paris, e trabalha para que seja mais bem entendida a matéria escura, que constitui a maior parte da matéria no universo. Ele e seus colegas David Cerdeño (no Instituto de Física Teórica de Madri) e Juan Collar e Brian Odom (na Universidade de Chicago) têm estudado como combinar dados de diferentes experimentos com vistas a obter limites mais rígidos para as partículas da matéria escura e para identificá-las.

Seu trabalho foi publicado na Physical Review of Letters, em um artigo intitulado "Identification of weakly interacting massive particles through a combined measurement of axial and scalar couplings" (Identificação de partículas pesadas de fraca interação por meio da mensuração combinada de ligações axiais e escalares).

"Muitos experimentos e observações apontam para a existência de alguma forma de matéria que é diferente da matéria ordinária que constitui estrelas, planetas e mesmo pessoas", explicou Bertone. Como a matéria escura é tão prevalente no universo, muitos cientistas estão interessados em compreender melhor seu papel na Física Básica, assim como na formação do universo. "Há esforços para clarificar a natureza da matéria escura", diz ele.

Bertone explicou ainda que há três abordagens principais para detectar partículas de matéria escura, que são provavelmente partículas pesadas de fraca interação (em inglês, weakly interacting massive particles - WIMPs). A primeira, ele disse, é o método terrestre usando aceleradores de partículas, como o Large Hedron Collider, que deve estar on-line no Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN) no próximo ano. "Os cientistas esperam encontrar partículas em aceleradores que poderiam ser como a matéria escura? encontrada no resto do universo".

O segundo método de detecção é o de observação indireta. Olhando para o espaço, disse Bertone, os cientistas esperam "ver algum sinal devido à interação das partículas entre elas".

A estratégia relatada no artigo pertence à terceira abordagem, que é construir um grande detector e esperar por uma partícula de matéria escura que interaja com a matéria comum. "Para mostrar o poder dessa técnica, nós focamos em um experimento chamado Coupp (Chicagoland Observatory for Underground Particle Physics)", disse Bertone. "É uma câmara de bolhas, muito parecida com a que tem sido empregada em outros campos".

Ele explicou que, ao entrar na câmara, partícula de matéria escura libera uma pequena quantidade de energia que é visível na forma de bolhas. "Em caso de detecção positiva, a ideia é mudar o líquido alvo na câmara de bolhas e repetir o experimento. Mediríamos a taxa de dois alvos diferentes e ao cruzar os resultados, podemos pegar as propriedades da matéria escura com maior exatidão".

Bertone reconhece que há problemas tecnológicos com esse dispositivo. "Se você opera a câmara de bolha com muitas partículas, todas elas vão interagir com os núcleos". Para reduzir esse "fundo" da matéria comum, Bertone disse que a câmara de bolhas deve ser levada ao subterrâneo.

"O grupo de Juan Collar construiu no Fermilab, em Chicago, um protótipo, ainda em sua fase inicial e em desenvolvimento", explicou Bertone. Ele apontou que a principal vantagem do detector de câmara de bolhas é ele pode ser operado à temperatura ambiente. "Na maior parte do tempo, é preciso que a procura por sinais seja feita em temperaturas muito baixas. Sendo capaz de fazer isso, a temperatura ambiente torna as coisas mais fáceis e baratas".

Bertone diz que os planos para "crescer" o protótipo da câmara em Chicago estão indo para a frente, junto com outros experimentos de matéria escura que vêm sendo tentados ao redor do mundo. A técnica que propuseram pode, contudo, ser aplicada a? qualquer experimento e pode mesmo ser usada para combinar dados de diferentes experimentos. "Vivemos um momento de excitação", ele continuou, "estou aflito para ver os resultados de todos os experimentos com matéria escura. Estamos realmente a ponto de descobrir novas coisas."

Publicado em 27 de outubro de 2007.