As partículas de matéria escura são uma forma de matéria que não emite, absorve ou interage de qualquer forma com a luz e, na verdade, nunca foram detetadas, mas isso pode estar prestes a mudar. Assim indicam os primeiros resultados científicos da colaboração internacional LUX-ZEPLIN (LZ), que conta com o laboratório português LIP - Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas como membro.

Num artigo divulgado esta quinta-feira, os investigadores que participam na LZ mostram que, embora tenha apenas 60 dias de aquisição de dados, a colaboração já revela ser a experiência de matéria escura mais sensível do mundo.

A contagem decrescente para a verdadeira descoberta pode ter sido iniciada com estes resultados. "Planeamos adquirir cerca de 20 vezes mais dados nos próximos anos, por isso estamos só a começar”, afirma Hugh Lippincott, da Universidade da Califórnia Santa Bárbara e atual porta-voz da LZ.

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Várias observações científicas indicam que a matéria escura é um ingrediente fundamental para a receita do cosmos. Essas observações apontam para que esta matéria desconhecida contribua em 85% para o conteúdo total de matéria do universo, sendo assim cinco vezes mais comum que a matéria com que interagimos no nosso dia-a-dia. Apesar de nunca ter sido observada diretamente, a sua influência gravitacional dita o movimento das grandes estruturas de matéria do universo e age como uma cola que mantém as galáxias coesas, alertando-nos indiretamente para a sua presença explica o LIP em comunicado.

O sistema LZ está instalado a uma profundidade de 1,5 km, numa antiga mina de ouro convertida em laboratório (Sanford Lab), para o proteger da radiação cósmica que chega à superfície da Terra.

Integra um detetor complexo e com muitos subsistemas composto por 10 toneladas de xénon líquido ultrapuro, contido num tanque de titânio e observado por 494 sensores capazes de reconhecer a mais ínfima quantidade de luz. Se a matéria escura interagir com a matéria normal, mesmo que muito fracamente, então é possível que colida com um núcleo de xénon e produza nele um sinal de cintilação capaz de ser medido pelos sensores de luz.

Além de fornecer informação precisa acerca da posição e tipo de partícula que interage no seu alvo, o detetor LZ é capaz de medir energias com grande exatidão.

"É espantosa a precisão que é possível obter na determinação da energia", afirma Guilherme Pereira, estudante de doutoramento da UC que integra a equipa do LIP em LZ e que foi responsável pelos estudos que conduziram a essa elevada precisão.

A colaboração LUX-ZEPLIN integra 250 cientistas e engenheiros de 35 instituições dos EUA, Reino Unido, Portugal e Coreia do Sul. A equipa portuguesa é composta por investigadores e estudantes de doutoramento e mestrado do LIP, que é um membro fundador da colaboração LZ. O polo do LIP envolvido está sediado no Departamento de Física da Universidade de Coimbra.

A equipa do LIP deu numerosas contribuições fundamentais para a experiência. Entre elas contam-se o desenvolvimento e implementação do sistema de controlo do detetor - o sistema nevrálgico da experiência-, e do sistema que permite monitorizar em tempo real os dados adquiridos. Também desenvolveu ferramentas avançadas fundamentais para a análise e processamento de dados e liderou os estudos de decaimentos raros de xénon que estão entre os eventos mais raros do universo.