Tecnologia Científica

Dois pesos-pesados ​​detectores de matéria escura unem forças para construir um novo observatório
Centenas de pesquisadores globais, incluindo do Imperial College London, estão planejando o detector de matéria escura mais sensível já construído.
Por Hayley Dunning - 25/07/2021


O detector de xenônio no núcleo do LUX-ZEPLIN experimentar

A matéria escura representa 85 por cento da matéria no Universo, mas sua natureza permanece um mistério, com várias partículas candidatas possíveis. Além disso, como está previsto uma interação muito fraca com a matéria comum, até agora não foi detectado.

"Se a natureza foi gentil o suficiente para colocar a matéria escura ao alcance de qualquer experimento de detecção direta, então esta tecnologia é a melhor chance que temos".

Professor Henrique Araújo

As colaborações DARWIN e LUX-ZEPLIN uniram forças para trabalhar juntas no projeto, construção e operação de um novo observatório de escala única de várias toneladas que usará o xenônio para explorar a matéria escura. Será altamente sensível a uma ampla gama de partículas de matéria escura propostas e suas interações com a matéria visível.

O principal objetivo científico do novo observatório conjunto é melhorar a sensibilidade para detectar matéria escura em nossa galáxia em pelo menos um fator de 10 além da atual geração de detectores.

Experimentos de xenônio

O professor Henrique Araújo , do Departamento de Física do Imperial, lidera a contribuição do Reino Unido para o experimento LUX-ZEPLIN (LZ) - o detector de última geração. Ele disse: “Se a natureza foi gentil o suficiente para colocar a matéria escura ao alcance de qualquer experimento de detecção direta, então esta tecnologia é a melhor foto que temos - e uma da qual temos o orgulho de ter ajudado a criar.”

Os atuais experimentos baseados em xenônio XENONnT e LUX-ZEPLIN iniciarão suas primeiras provas científicas em 2021, para liderar a corrida para detectar os primeiros sinais de novas partículas e interações. Esses experimentos empregam 5,9 e 7,0 toneladas de xenônio líquido para a pesquisa, respectivamente. O xenônio é usado porque as partículas candidatas de matéria escura - particularmente 'partículas massivas de interação fraca', ou WIMPs - parecem interagir com os núcleos pesados ​​dos átomos de xenônio.

O experimento LUX-ZEPLIN opera no Sanford Underground Research Facility (SURF) nos EUA. O experimento XENONnT está localizado no Laboratório INFN Gran Sasso (LNGS), na Itália. DARWIN é a evolução do programa XENON e inclui grupos adicionais, com foco em vários aspectos de pesquisa e design necessários para o novo detector, muito maior.

Mais física revolucionária

Além de sua sensibilidade incomparável à matéria escura, a grande massa do novo detector e os baixos níveis de radiação de fundo sem precedentes também permitirão pesquisas líderes mundiais por assinaturas adicionais da física além do Modelo Padrão da física de partículas que revolucionaria de forma semelhante nossa compreensão do universo.

Em particular, o objetivo secundário da ciência será a busca pelo decaimento beta duplo sem neutrino no xenônio, lançando luz sobre a natureza do neutrino e o desequilíbrio de matéria e antimatéria no universo. O observatório também fará buscas por outros processos e partículas raros, como axions, partículas hipotéticas que podem ser emitidas do sol. Ele também medirá neutrinos criados no Sol, na atmosfera da Terra e, potencialmente, em supernovas galácticas.

Depois de um primeiro workshop conjunto bem-sucedido em abril de 2021, mais de 100 cientistas pesquisadores de 16 países assinaram um memorando de entendimento em 6 de julho de 2021. A cooperação científica agora começou a realizar este observatório de eventos raros de próxima geração.

 

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