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Sinais inexplicáveis no experimento XENON1T

O XENON1T é um experimento criado para detectar matéria escura e partículas hipotéticas. Recentemente registrou eventos até agora inexplicáveis.

Fonte: Quantamagazine (Traduzido para o Português)

Os físicos que atuam no experimento mais sensível do mundo encontraram algo estranho. Eles descobriram uma quantidade inesperada de eventos dentro do detector, que pode se encaixar no perfil da hipotética partícula da matéria escura chamada axion. Alternativamente, os dados podem ser explicados pelas novas propriedades dos neutrinos.

Mais mundanamente, o sinal pode vir de uma contaminação dentro do experimento.

“Apesar de ficarmos empolgados sobre os excessos, nós devemos ser bem pacientes”, disse Luca Grandi, físico da Universidade de Chicago e um dos líderes do experimento de 163 pessoas, chamado de XENON1T. O sucessor deste experimento precisa remover qualquer possível contaminação dos átomos de trítio, disse Grandi. 

Físicos de partículas procuraram por muito tempo um inventário mais completo da natureza, além do conjunto de partículas e forças conhecidas no Modelo Padrão. E por 20 anos, experimentos como o XENON1T caçaram especificamente partículas desconhecidas que compõem a matéria escura, a matéria invisível que exerce seu peso gravitacional pelo Universo.

O que se sabe sobre matéria escura?

É uma matéria diferente da que conhecemos, cuja formação é por prótons, elétrons e nêutrons. Segundo a maioria dos cientistas, compõem 85% de toda a matéria no Universo. De acordo com os cálculos, a matéria normal por si só não poderia manter as galáxias unidas. Há alguma matéria extra que não absorve ou reflete luz, mas exerce força gravitacional sobre a matéria comum. 

De-que-é-feito-o-Universo

O resultado descrito no paper é um amontoado de eventos chamado “recuo eletrônico” dentro do detector XENON1T. Um tanque sensor com 3,2 toneladas de puro xenônio, o detector é localizado milhares de pés abaixo de Gran Sasso, uma montanha na Itália. Como um elemento quimicamente inerte e “nobre”, o xenônio serve como uma piscina silenciosa para observar as ondulações das partículas desconhecidas, caso haja.

Os experimentos XENON foram originalmente projetados para procurar hipotéticas partículas pesadas de matéria escura chamadas de WIMPs. Qualquer WIMP atravessando o detector pode ocasionalmente colidir com um núcleo de xenônio, gerando uma faísca de luz.

Como a busca pelos WIMPs parecia vazia, cientistas do XENON perceberam anos atrás que poderiam usar o experimento para procurar outros tipos de partículas desconhecidas que podem passar pelo detector: Partículas que colidem com o elétron em vez do núcleo de xenônio.

Estes “recuos eletrônicos” foram tratados como ruído de fundo e muitos desses eventos são causados por fontes mundanas, como vazamento radioativo de isótopos de chumbo e criptônio. Depois de fazer melhorias para reduzir as contaminações de fundo, os pesquisadores descobriram    que podem procurar por sinais de baixo ruído.

Na nova análise, os físicos examinaram recuos eletrônicos no primeiro ano de coleta de dados do XENON1T. Eles esperaram encontrar 232 destes recuos, causados por contaminação de fundo. Mas o experimento viu 285, 53 a mais de uma fonte não contabilizada.

Talvez matéria e energia escura não existam e haja algum fenômeno gravitacional ainda não compreendido. 

O experimento XENON1T

Detector de WIMPs
Este é o detector de matéria escura. Fonte: The Xenon Experiment.
xenon1t
O detector fica dentro do tanque à esquerda. Fonte: Mach.
XENON1T
O XENON1T possui matrizes de fotodetectores em ambos os lados para detectar matéria escura. Fonte: Lifeboat.
Princípio de funcionamento do XENON1T
Princípio de funcionamento. À esquerda, partículas colidem com elétrons ou núcleos de xenônio líquido. À direita, a diferença dos sinais de colisão com o núcleo (Nuclear Recoil) e com o elétron (Electronic Recoil). S1 e S2 são sinais detectados pelos fotosensores. Fonte: Oscar Klein Centre.
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