A colaboração internacional LUX-ZEPLIN (LZ), que integra uma equipa do LIP-Coimbra (Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas, polo de Coimbra), sediado na Universidade de Coimbra (UC), acaba de apresentar os seus primeiros resultados científicos. Os investigadores mostram que, com apenas 60 dias de aquisição de dados, a LZ é a experiência de matéria escura mais sensível do mundo.

Isabel Lopes, investigadora principal do grupo do LIP que participa na experiência e professora do Departamento de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), afirma que estes resultados, disponibilizados em https://lz.lbl.gov/, “são um passo determinante para a deteção das partículas de matéria escura”.

As partículas de matéria escura, uma forma de matéria que não emite, absorve ou interage de qualquer forma com a luz, nunca foram detetadas – mas isso pode estar prestes a mudar, segundo os cientistas que integram esta colaboração internacional. A contagem decrescente para uma 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. Há muita ciência para fazer e isso é muito excitante!”, salienta Hugh Lippincott, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara e atual porta-voz da LZ.

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 do 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.

O detetor da LZ é composto por 10 toneladas de xénon líquido ultrapuro contido num tanque de titânio e observado por 494 sensores de luz capazes de detetar 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 da LZ é capaz de medir energias com grande exatidão. “É espantosa a precisão que é possível obter na determinação da energia”, declara Guilherme Pereira, estudante de doutoramento da FCTUC que integra a equipa do LIP na LZ e que foi responsável pelos estudos que conduziram a essa elevada precisão, acrescentando que “fazer o doutoramento nesta equipa tem sido uma experiência extremamente estimulante”.

A experiência LZ foi instalada a uma profundidade de 1.5 quilómetros, numa antiga mina de ouro convertida em laboratório (Sanford Lab), para proteger o detetor da radiação cósmica que chega à superfície da Terra. A colaboração é constituída por 250 cientistas e engenheiros de mais 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.

A equipa do LIP deu numerosas contribuições fundamentais para a experiência LZ. Entre elas, “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 pela LZ. 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”, relata Isabel Lopes.

A participação do LIP na experiência LZ é financiada pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT). A LZ é financiada pelo Department of Energy (DOE) dos Estados Unidos, pelo Science & Technology Facilities Council do Reino Unido, pelo Institute for Basic Science da Coreia do Sul e pelas instituições colaboradoras.

Fotos: Matt Kapust.