Xenonit, um passo de gigante na procura de matéria escura

A colaboração internacional XENON, de que faz parte uma equipa de cientistas da Universidade de Coimbra (UC), acaba de inaugurar o XENON1T, um instrumento com sensibilidade sem precedentes para a detecção de matéria escura.

A colaboração internacional XENON é constituída por 20 grupos de investigação dos EUA, Alemanha, Portugal, Suíça, França, Holanda, Suécia, Israel e Abu Dhabi.

A inauguração teve lugar no Laboratório Nacional de Gran Sasso (LNGS), um dos maiores laboratórios subterrâneos a nível mundial, situado em Assergi, Itália. A instalação consiste num tanque de água com 10 m de diâmetro e 10 m de altura, onde está instalado o XENON1T, e no edifício de serviços, em vidro e com três andares, de apoio ao funcionamento do sistema.

A matéria escura "é um dos ingredientes principais do Universo, cerca de 100 mil destas partículas passam a cada segundo pela cabeça de um dos nossos dedos, mas apesar da sua abundância, ainda não foram observadas por qualquer das dezenas de experiências que se têm feito por todo o mundo nas últimas décadas, o que significa que são necessários instrumentos com maior sensibilidade para registar este tipo de matéria", explica José Matias Lopes, coordenador da equipa portuguesa.

O XENON1T utiliza o "gás raro xénon como material para detecção da matéria escura, arrefecido a –95°C para se tornar líquido, num total de 3,5 toneladas".

"Para se poder identificar os raríssimos sinais esperados, os cientistas da colaboração criaram o ambiente com a menor radioactividade que já alguma vez existiu no planeta Terra", sublinha o investigador da UC.

Quando estiver a funcionar a 100% da sua capacidade, o XENON1T será o instrumento mais sensível para a detecção de matéria escura, o que se espera que aconteça no início de 2016.

Projecta-se que este aparelho atinja os objetivos traçados no prazo de dois anos, nomeadamente a descoberta da matéria escura.

Portugal é parceiro desta colaboração desde 2005, através da equipa da UC, composta por cinco cientistas e dois engenheiros do LIBPhys do Departamento de Física.

Cristina Pinto (Universidade de Coimbra)
Ciência na Imprensa Regional / Ciência Viva

Portugueses participam na detecção da matéria escura

A experiência internacional Large Underground Xenon – LUX - que integra uma equipa de 6 investigadores do LIP (Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas) e do Departamento de Física da Universidade de Coimbra, é a experiência mais sensível do mundo para a detecção de matéria escura, alcançando uma sensibilidade às partículas que se pensa constituírem a matéria escura (WIMPs) duas vezes melhor que qualquer outra experiência já realizada.

Os primeiros resultados da experiência, conduzida por uma colaboração que reúne 17 grupos de investigação de Laboratórios de Investigação e Universidades dos Estados Unidos, Reino Unido e Portugal, foram anunciados no dia 30 de Outubro de 2013 a partir de Sanford Underground Research Facility, Lead, Dakota do Sul, EUA, onde a experiência está instalada desde 2012, assim o comprovam.

Os resultados de LUX eram aguardados com grande expectativa tal como documenta a notícia da prestigiada revista Nature (http://www.nature.com/news/final-word-is-near-on-dark-matter-signal-1.14000).

A matéria escura (assim chamada por não emitir ou absorver qualquer tipo de radiação) é essencial para explicar o Universo, prevendo-se que constitua mais de 80% da sua massa.

No entanto, até ao momento apenas os efeitos gravitacionais da matéria escura foram observados (por exemplo no estudo da velocidade das estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias) e a sua natureza permanece totalmente desconhecida. Constitui assim um dos mais intrigantes problemas da Física actual. 

Uma das hipóteses mais prováveis é a matéria escura ser constituída por partículas a que os físicos chamaram WIMPs (acrónimo inglês para Weakly Interacting Massive Particles). O nome deriva de terem uma reduzidíssima probabilidade de interagir directamente com a matéria a que chamamos normal (não escura), o que torna a sua detecção particularmente difícil em termos tecnológicos.

Durante três meses, a experiência LUX recolheu dados das observações dos sinais devidos às interacções entre matéria escura e matéria normal, utilizando o maior detector alguma vez construído para este efeito, instalado no laboratório subterrâneo de Sanford, no estado americano de Dakota do Sul, a cerca de 1.5 km de profundidade.

"A LUX usa um detector com 350 kg de xénon liquefeito a -100 ºC e como está instalado a 1.5 km de profundidade, a grande maioria dos raios cósmicos são absorvidos pela rocha, e por isso a probabilidade de chegarem até ao detector é 10 milhões de vezes mais baixa do que à superfície, não perturbando assim a observação dos sinais da interação dos WIMPs com o xénon do detector", explicam os investigadores do LIP-Coimbra que têm uma participação fundamental no projecto LUX, tanto a nível da engenharia (sendo responsável por subsistemas associados ao detector e tendo estado envolvido nas diversas fases de instalação no laboratório subterrâneo) como da análise e processamento dos dados.

A LUX vai iniciar em breve um novo período de procura de matéria escura com este detector, com uma duração prevista de um ano.

"Conseguir melhorar a sensibilidade agora anunciada cerca de dez vezes e detectar WIMPs" são as expectativas dos investigadores. Também já estão em curso os preparativos para a construção de um novo detector para suceder a LUX, usando a mesma tecnologia e instalado no mesmo laboratório, mas com uma massa de xénon de 7 toneladas e uma sensibilidade cerca de 200 vezes melhor.

Cristina Pinto, 
Universidade de Coimbra
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