A busca pela matéria escura é intrigante. É, literalmente, uma bala no escuro. Embora os cientistas tenham certeza disso matéria escura Ele existe – já que toda a matéria normal do universo simplesmente não pode explicar a maneira como as galáxias se mantêm juntas – eles não sabem o que é. Eles também não sabem onde ele está (embora tenham algumas ideias). Eles certamente não sabem como é.
No entanto, a comunidade da física está interessada em investigar essas partículas indescritíveis porque o lado escuro do nosso universo representa alarmantes 95% do nosso universo quando levado em consideração. energia escuraa força invisível que acelera a expansão do espaço.
Mas como analisar algo sem saber bem o que analisar? Bem, há uma maneira. Embora ainda não saibamos o que é a matéria escura, os cientistas podem descobrir lentamente o que não é.
Isso é exatamente o que vários pesquisadores dedicados à pesquisa fizeram recentemente, examinando os dados capturados por um detector enterrado no fundo de uma mina em Minnesota. Embora não tenham encontrado evidências de matéria escura, eles dizem que estabeleceram um dos limites mais estreitos para detectar esse fenômeno um dia. tinha um esboço completo de seus resultados Publicados Em junho, na Physical Review D.
“É tudo uma questão de mentalidade na ciência, onde um resultado nulo pode ser tão impactante quanto um positivo”, disse Daniel Jardine, coautor do estudo e pesquisador de pós-doutorado na Northwestern University, ao Space.com. “Obviamente, foi legal encontrar matéria escura, mas fomos capazes de cortar uma nova fatia do espaço de parâmetros da matéria escura”.
Relacionado: Fótons “ocultos” podem lançar luz sobre a misteriosa matéria escura
Essas últimas descobertas estão relacionadas à colaboração Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS), da qual Jardin é membro.
Para resumir, a equipe concluiu que o detector experimental SuperCDMS agora pode excluir partículas de matéria escura para baixo para cerca de Cerca de um quinto da massa de um próton – e possivelmente menos massas.
“Sempre adorei perseguir o desconhecido, e isso é o maior possível”, disse Jardine. “Estou muito feliz por minha carreira ter me trazido até aqui e, por mais curto que seja, sempre posso dizer que esse resultado foi o melhor do mundo até que outras provas inevitavelmente o alcancem.”
Espere, o que é o SuperCDMS?
Para capturar evidências de partículas de matéria escura, a colaboração do SuperCDMS está trabalhando com um experimento também conhecido como SuperCDMS.
Esse experimento essencialmente aproveita o poder dos detectores que podem determinar se e quando uma partícula de matéria escura (seja lá o que for) colide com os núcleos atômicos dos materiais embutidos nos próprios detectores, especificamente germânio ou silício.
“Tenho interesse no espaço desde pequeno porque faz tudo na Terra parecer tão pequeno e insignificante”, disse Jardine. “Então eu aprendi sobre a matéria escura e não conseguia acreditar que todas as estrelas, galáxias e coisas que vemos no céu noturno representam menos de 5% do universo.”
Ficando um pouco mais técnico, o SuperCDMS pode determinar se essas partículas de matéria escura estão envolvidas no que é conhecido como “colisões elásticas”. Se o fizessem, o que aconteceria é que qualquer energia perdida pela partícula de matéria escura ao se fragmentar seria transferida para o movimento dos núcleos atômicos afetados. Por sua vez, os dois bits serão devolvidos.
Seria como duas bolas de bilhar se chocando apenas para quicar levemente para trás na mesa, diz o coautor do estudo Noah Korinsky, cientista do SLAC National Accelerator Laboratory.
Mas aqui está a coisa.
Aparentemente, o SuperCDMS ainda não encontrou colisões elásticas – de acordo com Jardin, já deveríamos ter ouvido falar disso porque tal descoberta provavelmente renderia um Prêmio Nobel. No entanto, essa equipe de pesquisadores, incluindo Rob Calkins, professor assistente de pesquisa da Southern Methodist University, surgiu com uma pergunta intrigante.
E se o SuperCDMS detectar outro tipo de colisão que ninguém procurou por todo esse tempo? Em particular, colisões inelásticas.
Dadas essas novas descobertas, eles definitivamente estavam no caminho certo.
“Procurar colisões elásticas continua sendo um dos principais impulsionadores do SuperCDMS, mas observar colisões inelásticas abriu um caminho para um espaço de parâmetros de matéria escura ao qual o experimento era anteriormente insensível”, explicou Jardine.
Existem duas maneiras pelas quais uma possível colisão de matéria escura inelástica pode funcionar. A primeira, segundo a equipe, tem a ver com algo chamado radiação de Bremsstrahlung. No detector, se esse tipo de colisão inelástica ocorresse, a partícula de matéria escura transferiria parte de sua energia para uma partícula de luz, ou fóton, em vez de apenas ricochetear como no exemplo da bola de bilhar.
Embora, por outro lado, uma colisão inelástica possa ocorrer através de algo chamado efeito Midgall. Se essa liberação ocorresse, uma partícula de matéria escura atingindo o núcleo faria com que o próprio núcleo fosse jogado para fora de posição, atrapalhando a distribuição da nuvem de elétrons. Ao retornar ao seu lugar original, alguns desses elétrons que fluem serão expulsos.
Correndo o risco de simplificar demais, isso significa que a equipe estava procurando por sinais do SuperCDMS de um fóton voador ou de um hardcore eletrônico solitário.
“Não foi tão fácil quanto contar”, observou Jardine. “Esta análise usou formas espectrais para modelar o perfil de potência do sinal, bem como várias fontes de fundo conhecidas”.
E depois de tudo isso, a busca deu em nada – mas a história não acabou aqui.
Jardin continuou: “Então usamos estatísticas para responder à pergunta:” Qual é a probabilidade de vermos o sinal contra o fundo conhecido? Essa pergunta é repetida centenas de milhares de vezes e deixamos de fora o espaço de parâmetros onde deveríamos poder ver o sinal e não conseguimos.
Há sempre um forro de prata
“Há cerca de um bilhão de partículas de matéria escura passando por você a cada segundo, mas elas interagem tão raramente que você não consegue perceber”, disse Jardine. “Estamos procurando uma oportunidade de interação de 1 em um bilhão de bilhões de bilhões de bilhões.”
Embora este bilhete dourado não tenha sido encontrado, outras formas de tesouro vieram à tona.
Acima de tudo, todos esses estudos estatísticos sobre os sinais do SuperCDMS acabaram fornecendo à equipe suas conclusões sobre possíveis limites de baixa massa para partículas de matéria escura.
“Outro experimento de matéria escura que não era tão sensível à massa de matéria escura tão baixa quanto o SuperCDMS para colisões elásticas publicou uma análise semelhante que expandiu seu alcance e nivelou o campo de jogo. Lendo isso, nos perguntamos o quão mais baixo poderíamos ir se usássemos o mesmo método”, disse Jardine.
Além disso, explicou, a equipe também “acrescentou mais à análise, como estatísticas mais complexas e a inclusão de interações com a Terra”.
Sim, a Terra
Talvez ainda mais impressionante seja a forma como a equipe levou em conta que todos TerraSua posição no espaço pode influenciar esses sinais de matéria escura.
Como eles mostram, se a matéria escura interage fortemente com as coisas, provavelmente está interagindo com literalmente tudo em seu caminho a caminho de nossos minúsculos detectores subterrâneos da Terra. Uma daquelas coisas que estão prontas para interação é a atmosfera do nosso planeta.
A equipe concluiu que, se uma partícula de matéria escura interagisse com nossa atmosfera, esse escudo planetário teria absorvido parte da energia da partícula no momento em que captamos seu sinal.
“Acredita-se que a matéria escura seja mais ou menos onipresente em uma grande bola ao redor da galáxia”, disse Jardine. Nosso sistema solar está em um braço espiral via Láctea Ou seja, a terra gira em torno do sol e a terra gira em torno de seu próprio eixo. Esse movimento astronômico significa que a Terra está passando por um mar de partículas de matéria escura, mas, de nossa perspectiva, as partículas de matéria escura parecem estar constantemente bombardeando a Terra e nossos detectores”.
Assim, os pesquisadores perceberam que é provável que haja um limite superior de energia que essas partículas interativas de matéria escura possam perfurar – se forem reativas, é claro.
Ao modelar coisas como a densidade da atmosfera da Terra, trabalhar com geólogos para descobrir que tipos de rochas estão acima da mina de Minnesota, onde o SuperCDMS está enterrado e toneladas de outras variáveis, eles já descobriram o limite superior de energia da matéria escura.
“Quando você ajusta uma linha a alguns dados, há dois parâmetros: regressão e interceptação”, disse Jardine. “Nesta análise, tivemos mais de 50 critérios de adequação simultaneamente.”
Quanto ao que vem a seguir, bem, Jardine diz que essa dedução no estilo Sherlock Holmes continuará. E se isso ocorrer à sua mente, enfatize uma maneira visual de ver as pontuações da equipe que coloque tudo em perspectiva.
“Esse resultado – as linhas pretas – deixa de fora algum novo espaço de parâmetro que outros não acessaram antes, mas há muito mais espaço aberto à esquerda, menos blocos para cima e para baixo, o que representa menos oportunidade de interação”, disse ele . Eles estão ficando cada vez mais difíceis de investigar, mas os físicos da matéria escura são inteligentes.
Esses caçadores de matéria escura certamente alcançaram as estrelas e conseguiram pousar suavemente na lua.
“Criador. Viciado em mídia social que gosta de hipster. Fã da web. Fanático por álcool apaixonado.”
More Stories
Causa genética de doença neurológica rara descoberta após 25 anos de pesquisa: ScienceAlert
Sem voz interna? Um novo estudo revela seu efeito na memória
Nova pesquisa psicológica revela efeitos colaterais irritantes do tédio