O haloscópio de áxion CAPP no experimento CAST procurou por áxions do "halo" de matéria escura da Via Láctea e reduziu o espaço teórico para procurar essas partículas hipotéticas

Partículas hipotéticas chamadas axions poderiam resolver dois enigmas ao mesmo tempo. Eles poderiam explicar a matéria escura, a substância misteriosa que se acredita constituir a maior parte da matéria do universo, e também poderiam explicar as intrigantes propriedades de simetria da força forte que mantém prótons e nêutrons juntos em núcleos atômicos.

Mas o espaço teórico de possibilidades para os axions é vasto, tanto em termos de massa quanto da força de sua interação com outras partículas. As buscas do Axion estão, portanto, visando diferentes regiões desse espaço, cada busca trazendo consigo a possibilidade de descoberta e seus resultados orientando futuras buscas.

Em um novo artigo publicado na Nature Communications , uma equipe de pesquisadores que trabalha no experimento CAST no CERN relata como eles reaproveitaram parte do experimento para atingir uma região anteriormente desconhecida do espaço axion .

CAST foi originalmente projetado para caçar axions originários do sol. Em seu novo estudo, a equipe do CAST colocou um ressonador que consiste em quatro cavidades dentro de um dos dois furos do ímã do experimento para construir um detector de axions que procura por axions do "halo" de matéria escura da Via Láctea - um axion haloscópio, que eles chamaram de CAST-CAPP.

Em um campo magnético forte, como o fornecido pelo ímã do CAST, os áxions devem se converter em fótons. O ressonador de um haloscópio axion é basicamente um rádio que os pesquisadores podem sintonizar para encontrar a frequência desses fótons convertidos por axion. Mas a frequência da "estação de rádio" do axion não é conhecida, então os pesquisadores devem escanear lentamente uma banda de frequências para tentar identificar a frequência do sinal do axion.

O ressonador CAST-CAPP pode ser ajustado para captar sinais axion variando de 4,774 a 5,434 GHz, correspondendo a massas axion entre 19,74 e 22,47 microeletronvolts.

Os pesquisadores do CAST escanearam essa banda de frequências de 660 MHz em etapas de 200 kHz por 4124 horas, de 12 de setembro de 2019 a 21 de junho de 2021, e isolaram sinais de fundo conhecidos, como a rede local sem fio de 5 GHz (WLAN), mas não escolheram qualquer sinal vindo de axions. No entanto, os dados do CAST-CAPP colocam novos limites na força máxima da interação de axions com fótons para massas de axions de 19,74 a 22,47 microelétronvolts, reduzindo o espaço para procurar a matéria escura do axion.

Os novos limites são complementares aos resultados de pesquisas anteriores do axion, incluindo os de outro haloscópio CAST, o RADES, que coletou dados em 2018.

A busca pela matéria escura continua. Sintonize esta estação novamente para verificar as atualizações do CAST-CAPP ou de outras investigações de matéria escura ocorrendo no CERN, como pesquisas de matéria escura que podem ser produzidas no Grande Colisor de Hádrons.