p A matéria escura é o material misterioso que mantém o Universo unido, no entanto, ninguém o viu; ou ouvido, cheirava, provei ou tocou. p Mas isso pode mudar em breve, e um laboratório 1000 metros abaixo do solo na mina de ouro Stawell, a meio caminho entre Melbourne e Adelaide, poderia ser o epicentro desta descoberta.

p Os físicos tiveram um bom desempenho recentemente na detecção do aparentemente indetectável. Primeiro foi o bóson de Higg, confirmado por experimentos no Large Hadron Collider em 2012, quase 50 anos depois que sua existência foi proposta pela primeira vez. Então, em 2015, os detectores LIGO encontraram ondas gravitacionais, um século depois que Einstein os previu. Ambas as descobertas foram recompensadas com prêmios Nobel.

p Se tudo correr como planejado, nos próximos anos, a matéria escura se moverá do reino do hipotético para o observável, abrindo uma nova era na física experimental, e um grande passo em direção a uma teoria fundamental da natureza.

p A professora Elisabetta Barberio está liderando o esforço australiano para detectar a matéria escura, como Diretor do Centro de Física de Partículas de Matéria Escura. O físico da Universidade de Melbourne diz que a Austrália está em uma posição única para confirmar a existência de matéria escura.

p Como sabemos o que estamos procurando?

p Tudo começou com alguns cálculos simples baseados na Lei da Gravidade de Newton.

p "Se eu olhar para o sistema solar, lá está o sol e todos os planetas, e se eu sei a velocidade de um planeta e sua distância do sol, Posso calcular a massa do sol, "diz o professor Barberio.

p "Podemos fazer o mesmo com nossa galáxia. Podemos medir o movimento de uma estrela, e, sabendo a distância da estrela do centro da galáxia, podemos calcular quanto material existe na galáxia.

p "Quando fazemos este cálculo, a quantidade de material que vemos e a quantidade de material que deveria estar lá pelos nossos cálculos não coincidem. Nossos cálculos dizem que há muito mais material na galáxia do que podemos ver. E isso é matéria escura. "

p Os físicos pensam que a matéria escura é composta de uma partícula fundamental ainda desconhecida que não tem carga elétrica, não produz luz, e não interage muito com nada. Mas eles também acham que haverá a interação ocasional que talvez possamos detectar, dado o equipamento certo e o local certo.

p "Nós sabemos que há muita matéria escura na galáxia - entre 70 e 80 por cento do material na galáxia é matéria escura, "diz o professor Barberio, "e assim, a cada segundo, nossos corpos são atravessados ​​por bilhões dessas partículas de matéria escura que não fazem nada para nós. Somos transparentes para essas partículas."

p "Contudo, nós pensamos muito nisso, muito raramente, uma partícula de matéria escura interage com o núcleo de um átomo em um material que podemos ver - o que chamamos de matéria normal. "

p O problema é que outras coisas também interagem com os núcleos atômicos; notavelmente raios cósmicos e radioatividade.

p "A probabilidade de que a matéria escura interaja com o meu núcleo é de um evento por 10 kg de material por dia, "diz o professor Barberio." A probabilidade de que a radioatividade ou os raios cósmicos interajam com meu núcleo é de 10 bilhões de vezes por 10 kg de material por dia. "

p Em outras palavras, 1 em cada 10 bilhões dessas interações é matéria escura, tornando impossível distinguir qualquer sinal do ruído.

p Indo por baixo da terra

p Para melhorar essas chances, precisamos reduzir o número de outras interações ocorrendo. O primeiro passo é ir para o subsolo - caminho para o subsolo. Os raios cósmicos são absorvidos pela rocha, portanto, se você for fundo o suficiente, poderá reduzi-los a quase zero.

p "Ao nos escondermos, já eliminamos alguns bilhões de interações, "diz o professor Barberio.

p "E então também precisamos eliminar toda a radioatividade residual no material a partir do qual construímos nosso detector, porque mesmo se levarmos uma banana para o nosso laboratório, terá tanta radioatividade que haverá algumas contagens, algumas interações, por dia, com meus núcleos, e irá sombrear a matéria escura. "

p "Escolhemos o material certo, ou construir um material com radioatividade muito baixa, e então construímos nosso detector no subsolo e começamos a esperar, e contar quantas vezes há essa interação. "

p Existem vários detectores subterrâneos de matéria escura, e um até afirma ver matéria escura. Laboratório Gran Sasso, construído dentro de uma montanha na Itália, rastreia o que eles dizem ser a modulação anual da matéria escura que chega à Terra.

p À medida que a Terra gira em torno do sol, sua velocidade em relação ao centro da galáxia muda. Em junho, a Terra está viajando ao redor da galáxia a cerca de 260 km por segundo, enquanto que em dezembro é cerca de 200 km por segundo. Portanto, esperaríamos que a Terra fosse atingida por mais matéria escura em junho do que em dezembro. E é isso que a equipe do Gran Sasso observa em seus dados.

p "Se você está de bicicleta e anda mais rápido ou mais devagar, tem mais ou menos vento, "diz o professor Barberio.

p Detector de matéria escura da Austrália

p Mudanças sazonais, do verão ao inverno, também pode levar a um ciclo na taxa de interações nos detectores de matéria escura. E é aí que entra a Austrália.

p Para remover este erro potencial, precisamos repetir os experimentos no hemisfério sul, onde as estações são invertidas. Se vemos um padrão sazonal, com pico no verão e mínimo no inverno, então os dados da Itália precisam ser repensados. Se vemos o mesmo padrão anual, Contudo, com pico em junho e mínimo em dezembro, esta pode ser a evidência que finalmente confirma a existência de matéria escura.

p A mina de ouro Stawell, no oeste de Victoria, é um dos poucos lugares na Austrália que pode abrigar um detector de matéria escura.

p "Você precisa encontrar uma mina muito profunda ou uma montanha muito alta, "diz o professor Barberio.

p "Não temos montanhas muito altas, então precisamos encontrar uma mina. Existem muito poucas minas na Austrália que têm a profundidade necessária e o acesso necessário. Felizmente, temos grande apoio dos proprietários da mina e da comunidade local de Stawell para o nosso laboratório. "

p A equipe do professor Barberio espera que o Stawell Underground Physics Laboratory esteja instalado e funcionando este ano. Este será o primeiro detector de matéria escura no hemisfério sul, e, quando combinados com dados de outros detectores ao redor do mundo, poderia finalmente confirmar a existência de matéria escura.