Matéria escura: nova forma de pesquisa revela propriedades ocultas

Cálculos propostos pelos cientistas permitem que se façam previsões detalhadas sobre a natureza e a força das interações entre a matéria escura e os elétrons

Imagem composta (luz visível, raios X, matéria escura computada) da distribuição de massa em aglomerado de galáxias: novos cálculos podem fornecer mais pistas sobre a misteriosa matéria escura. Crédito: Chandra X-Ray Observatory, Nasa/CXC/M. Weiss/Wikimedia

Uma nova pesquisa da Universidade Técnica Chalmers, da Suécia, e do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zürich), na Suíça, sugere uma forma promissora de detectar partículas de matéria escura indescritíveis por meio de respostas atômicas ainda inexploradas que ocorrem no material do detector. Os resultados foram publicados na revista de acesso aberto “Physical Review Research”.

Os novos cálculos permitem que os teóricos façam previsões detalhadas sobre a natureza e a força das interações entre a matéria escura e os elétrons, que não eram possíveis anteriormente.

“Nossa nova pesquisa sobre essas respostas atômicas revela propriedades materiais que até agora permaneciam ocultas. Elas não podiam ser investigadas usando nenhuma das partículas disponíveis para nós hoje – apenas a matéria escura poderia revelá-las”, disse Riccardo Catena, professor associado do Departamento em Física na Universidade Técnica Chalmers.

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Detecção como prioridade

Para cada estrela, galáxia ou nuvem de poeira visível no espaço, existe cinco vezes mais material que é invisível – matéria escura. Descobrir maneiras de detectar essas partículas desconhecidas que formam uma parte tão significativa da Via Láctea é, portanto, uma prioridade na física das astropartículas. Na busca global por matéria escura, grandes detectores foram construídos no subsolo para tentar capturar as partículas conforme elas ricocheteiam nos núcleos atômicos.

Até agora, essas partículas misteriosas escaparam da detecção. De acordo com os pesquisadores, uma possível explicação seria que as partículas de matéria escura são mais leves do que os prótons e, portanto, não causam o recuo dos núcleos. (Imagine uma bola de pingue-pongue colidindo com uma bola de boliche.) Uma maneira promissora de superar esse problema poderia ser, portanto, mudar o foco dos núcleos para os elétrons, que são muito mais leves.

Em seu artigo recente, os pesquisadores descrevem como as partículas de matéria escura podem interagir com os elétrons nos átomos. Eles sugerem que a taxa na qual a matéria escura pode expulsar elétrons dos átomos depende de quatro respostas atômicas independentes – três das quais não foram previamente identificadas. Eles calcularam as maneiras como os elétrons nos átomos de argônio e xenônio, usados ​​nos maiores detectores de hoje, deveriam responder à matéria escura.

Os resultados publicados recentemente foram obtidos em uma nova colaboração com a física da matéria condensada Nicola Spaldin e seu grupo no ETH. Suas previsões agora podem ser testadas em observatórios de matéria escura ao redor do globo.

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