Pesquisadores da Universidade do Sul da Dinamarca realizaram simulações de partículas de matéria escura atingindo a Terra. Os físicos acreditam que a Terra colide com incontáveis ​​partículas de matéria escura enquanto se lança pelo espaço. Embora ninguém nunca tenha visto essas partículas misteriosas, não há dúvida entre os físicos sobre sua existência. Pesquisadores instalaram detectores em todo o mundo na esperança de detectá-los.

Partículas de matéria escura podem penetrar todas as outras formas de matéria, o que significa que eles podem até mesmo ser capazes de atravessar a Terra sem perder qualquer energia. Por outro lado, seu impacto com o comum pode prejudicá-los ligeiramente, resultando em perda de energia.

"Nós simplesmente não sabemos, e isso definitivamente não torna mais fácil procurá-los, "disse Timon Emken, um Ph.D. estudante do Centro de Cosmologia e Fenomenologia Física de Partículas (CP3) da University of Southern Denmark. Para aprender mais sobre como as partículas de matéria escura reagem com a matéria normal, Emken pediu a ajuda de um supercomputador. O resultado foi um programa que pode simular a colisão de partículas de matéria escura com a Terra.

"Agora, Posso pedir ao computador para me mostrar na tela o que acontece quando uma partícula de matéria escura atinge a Terra. Por exemplo, Eu posso ver na tela qual trajetória a partícula tomaria de quando ela atingiu a superfície do nosso planeta até que ela partisse novamente, " ele explicou.

A simulação é chamada DaMaSCUS, e dá aos físicos de todo o mundo uma nova oportunidade de testar várias teorias. O programa está disponível gratuitamente, e o trabalho que foi publicado foi publicado na revista JCAP .

No paradigma padrão, as partículas de matéria escura atravessam a Terra com uma probabilidade muito baixa de interagir com os átomos que compõem o planeta. Contudo, detectores subterrâneos são ajustados para fazer exatamente isso, ou seja, para capturar eventos raros de colisões de partículas de matéria escura com um átomo dentro de um detector.

"Mas e se as partículas de matéria escura não seguirem o paradigma padrão? E se elas realmente interagirem com força suficiente com átomos comuns, naquela, conforme eles cruzam a superfície da Terra e viajam no subsolo, eles perdem energia suficiente para se tornarem indetectáveis? Nesse caso, nunca iremos identificá-los usando técnicas padrão, "disse o Professor Associado Chris Kouvaris do CP3.

Uma das coisas que ele está investigando atualmente é a possibilidade de que as partículas de matéria escura se espalhem significativamente ao atravessar a Terra. Kouvaris e Emken usaram DaMaSCUS para demonstrar como tal cenário se desenrolaria. DaMaSCUS simula bilhões de partículas de matéria escura penetrando na Terra e se espalhando significativamente com átomos subterrâneos, ziguezagueando após cada colisão.

"Se esse é o caso, espalhamento subterrâneo de partículas de matéria escura com átomos pode fazer com que as partículas de matéria escura percam energia suficiente para serem detectadas nos detectores subterrâneos que instalamos hoje. "

A proposta de Kouvaris é, portanto, adotar uma abordagem diferente para procurar as partículas elusivas. Hoje, há vários detectores situados a cerca de dois quilômetros abaixo da superfície da Terra. Se a matéria escura interage fracamente com a matéria comum como os neutrinos fazem, apenas essas duas partículas podem penetrar quilômetros da crosta terrestre sem ser interrompidas. Assim, os detectores de locais profundos evitam a contaminação do sinal por radiação cósmica e terrestre indesejáveis ​​e ruído de fundo.

Contudo, de acordo com Chris Kouvaris, se a matéria escura é clara, ele poderia interagir fortemente com átomos comuns, perdendo energia no caminho para o detector, e isso pode fazer com que os detectores de sites profundos não consigam detectá-lo.

"Nesse caso, faria mais sentido procurar sinais de matéria escura usando detectores na superfície da Terra, " ele disse.

Para superar o problema de ruído de fundo, ele sugere que, em vez de tentar distinguir a matéria escura do ruído de fundo, os pesquisadores devem procurar um sinal que varia diariamente em detectores de superfície ou de baixa profundidade.

Como a Terra está se movendo em relação ao centro da galáxia, a matéria escura atinge a Terra predominantemente de uma direção. Contudo, devido à rotação da Terra em torno de seu próprio eixo, partículas de matéria escura que vêm da direção do vento de matéria escura viajam distâncias diferentes durante o período de 24 horas de um dia.

Quanto maior a distância percorrida no subsolo, quanto maior a probabilidade de espalhamento subterrâneo. É isso que cria a variação diária do sinal. O local ideal para explorar este efeito é no hemisfério sul a aproximadamente 40 graus de latitude, ou seja, em países como a Argentina, Chile e Nova Zelândia.

Usando DaMaSCUS, Kouvaris e Emken podem determinar com precisão a amplitude e a fase desse sinal que varia diariamente, o que poderia levar à descoberta de matéria escura, se este cenário for verdadeiro. Kouvaris agora está colaborando com o experimento de matéria escura DAMIC, que tem um detector portátil que poderia ser usado para testar as teorias de Kouvaris. Na nova fase do DAMIC, o detector portátil pesará 1 kg. É feito de silício fabricado pela empresa dinamarquesa, TOPSIL.

Pensa-se que 27 por cento do universo consiste em matéria escura. Os cientistas acreditam que une as galáxias. Contudo, ninguém sabe ainda o que é a matéria escura.