Cientistas dedicados à busca pela matéria escura, uma substância misteriosa que compõe 85% da matéria do Universo, relataram ter identificado uma interação de partículas singular no maior experimento global da área, realizado nos Estados Unidos. Essa ocorrência não encontra fácil explicação com o conhecimento científico atual.
De acordo com uma das interpretações levantadas, este sinal energético atípico poderia ser resultado da colisão entre o núcleo de um átomo e uma WIMP, uma partícula teórica e pesada que serve como possível candidata à matéria escura. Contudo, a equipe enfatizou que esta não constitui uma descoberta definitiva, mas sim um ponto de partida promissor para investigar um dos maiores enigmas da ciência.
Eric Dahl, pesquisador da Universidade Northwestern, nos EUA e coautor do estudo, comentou: «Nos 20 anos em que me dedico à busca por matéria escura, este é o evento mais interessante que já vi». Caso se confirme ser uma detecção direta de matéria escura, isso implicaria que ela é ainda mais enigmática do que se supunha.
O que é a matéria escura
Sabe-se há décadas que a maior parte da matéria cósmica é constituída por um tipo de matéria invisível e quase indetectável, cuja existência é inferida unicamente por seus efeitos gravitacionais sobre outros corpos celestes.
Um marco nesse entendimento ocorreu na década de 1970, quando a astrônoma americana Vera Rubin notou um fenômeno peculiar: as estrelas nas bordas das galáxias orbitavam com velocidades comparáveis às estrelas centrais. Isso contrariava as leis físicas esperadas, pois a velocidade orbital deveria diminuir ao se afastar do centro, tal como ocorre no nosso Sistema Solar, onde Mercúrio orbita muito mais rápido que Netuno.
Rubin concluiu que a alta velocidade das estrelas periféricas sugeria que elas poderiam ser expelidas da galáxia, a menos que houvesse uma massa invisível exercendo gravidade suficiente para mantê-la coesa. As medições dela são consideradas uma das provas primárias da matéria escura. Atualmente, estima-se que 84% da matéria do Universo seja matéria escura, enquanto apenas 16% é matéria comum, visível (como planetas, estrelas e seres humanos).
Embora a gravidade dessa matéria tenha sido detectada, sua composição permanece desconhecida. Cientistas especulam que ela possa ser composta por partículas inéditas, assim como a matéria comum é feita de partículas indivisíveis, como quarks. Uma das hipóteses mais aceitas postula que a matéria escura é formada por WIMPs, abreviação em inglês para «partícula massiva que interage fracamente».
Essas partículas teóricas seriam extremamente pesadas — com massa pelo menos cem vezes superior à de um próton —, mas só interagiriam através da gravidade e da tênue força nuclear fraca, uma das forças fundamentais do Universo. Sua falta de interação com a radiação eletromagnética (luz, ondas de rádio, infravermelho, etc.) torna sua localização extremamente difícil.
Achamos a matéria escura?
O experimento LUX–ZEPLIN, ou LZ, localizado a 1,5 quilômetros de profundidade em uma antiga mina de ouro no Dakota do Sul, EUA, é o principal instrumento nesta caça a WIMPs. Este aparato complexo é mantido por uma colaboração internacional envolvendo mais de 30 instituições de pesquisa.
O LZ funciona com um gigantesco reservatório contendo dez toneladas de xenônio puro e líquido. Este gás nobre se transforma em líquido sob temperaturas de -108 ºC. A premissa do LZ é simples: se as WIMPs estiverem presentes na Terra, uma delas eventualmente colidirá com um átomo de xenônio no tanque, gerando um sinal de energia mensurável.
Desde 2021, o experimento monitorava sinais alinhados com o modelo teórico mais difundido de WIMP, onde a partícula se moveria lentamente e seu impacto no núcleo de xenônio produziria um sinal de baixa energia. Inicialmente, a busca não obteve sucesso. Recentemente, os cientistas expandiram a análise para incluir sinais compatíveis com outros modelos de WIMP, oriundos de teorias mais elaboradas, que previam sinais de maior energia.
Foi nesse contexto que um evento anômalo foi registrado. Em 16 de junho de 2023, algo provocou um sinal de energia considerável no tanque do LZ, cuja origem os cientistas não conseguem determinar. Uma possibilidade é que este evento seja causado por uma WIMP distinta, mais massiva e energética do que a prevista no modelo padrão, alinhada com teorias físicas mais complexas, embora não necessariamente com o modelo mais conhecido.
Entretanto, não há confirmação oficial; os pesquisadores temem que o sinal possa ser resultado de contaminação ou de ruído de fundo. A equipe dedicou meses a calcular outras possibilidades e não encontrou uma explicação clara, estimando que a chance de o evento ser apenas uma flutuação estatística ou ruído de fundo seja de meros 0,5%. Os achados foram apresentados em uma conferência no Japão no início de setembro e o artigo foi disponibilizado como pré-publicação, aguardando revisão por pares. A equipe planeja submeter o estudo ao periódico Physical Review Letters.
Rick Gaitskell, professor de física da Universidade Brown, nos EUA e responsável pelo experimento, ressaltou: «Com apenas um evento, não queremos nos precipitar. Não estamos afirmando ter detectado matéria escura. No entanto, observamos algo interessante que queremos compartilhar com a comunidade científica para obter suas considerações».
A comunidade científica mantém-se entusiasmada, mas cautelosa, dada a histórica desconfiança na área, onde alegações anteriores de detecção de matéria escura se revelaram erros de cálculo ou interferências. A perspectiva positiva reside no fato de que, se o dado for realmente proveniente da matéria escura, ele deve se repetir. Os cientistas utilizaram apenas uma pequena parcela dos dados coletados pelo LZ, que continuará operacional por anos. Adicionalmente, existem outros projetos globais, como o PandaX-xT, que está em construção na China e promete ser o detector de WIMPs mais potente do mundo.