Na busca dos pesquisadores por evidências de matéria escura, o físico Andrea Pocar, da Universidade de Massachusetts Amherst, e seus alunos desempenharam um papel importante no projeto e na construção de uma parte importante do detector DarkSide-50 baseado em argônio localizado no subsolo do Laboratório Nacional Gran Sasso, na Itália.

Esta semana, cientistas de todo o mundo reunidos na Universidade da Califórnia, Los Angeles, no Simpósio Dark Matter 2018 soube de novos resultados na busca por evidências do material indescritível em Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) pelo detector DarkSide-50. WIMPs têm sido candidatos a partículas de matéria escura por décadas, mas nenhum foi encontrado até o momento.

Pocar diz que o detector DarkSide demonstrou o grande potencial da tecnologia de argônio líquido na busca pelos chamados "WIMPs pesados, "aqueles com massa de cerca de 100 a 10, 000 vezes a massa de um próton. Avançar, ele adiciona, a técnica de argônio de fase dupla usada pelo detector DarkSide-50 tem um poder inesperado na busca por "WIMPs de baixa massa, "com apenas 1-10 vezes a massa de um próton.

Ele adiciona, "O componente que fizemos na UMass Amherst, com alunos de graduação muito dedicados envolvidos desde o início, está funcionando muito bem. É emocionante esta semana ver o primeiro relatório de nosso sucesso saindo no simpósio. "Sua aluna Alissa Monte, que estudou fundos de superfície e relacionados ao radônio usando DarkSide-50, apresentará um pôster na reunião da UCLA.

Pocar diz, "Há uma comunidade vibrante de pesquisadores em todo o mundo conduzindo experimentos concorrentes nesta área de WIMP de 'baixa massa'. Nos últimos dois anos, coletamos dados para uma medição que não esperávamos ser capazes de fazer. Neste ponto, estamos em um jogo que pensamos que não poderíamos participar. Estamos relatando a alta sensibilidade que alcançamos com o instrumento, que tem um desempenho melhor do que o esperado. "A sensibilidade refere-se à capacidade do instrumento de distinguir entre matéria escura e radiação de fundo.

Matéria escura, Pocar explica, representa cerca de 25 por cento do conteúdo de energia do universo e embora tenha massa que pode ser inferida a partir de efeitos gravitacionais, os físicos têm grande dificuldade em detectar e identificar porque dificilmente interage, se em tudo, com matéria "regular" por meio de outras forças. "A matéria escura parece não querer interagir muito com a matéria que conhecemos, "observa o físico.

O detector DarkSide-50 usa 50 kg (cerca de 110 lbs.) De argônio líquido em uma cuba, com uma pequena bolsa de gás argônio no topo, Pocar explica, como um alvo para detectar WIMPs. Os pesquisadores esperam que um WIMP atinja o núcleo de um átomo de argônio no tanque, que então pode ser detectado pela ionização produzida pelo recuo nuclear no meio de argônio circundante. Parte do sinal de ionização, proporcional à energia depositada dentro do detector, é coletado pela aplicação de um campo elétrico ao alvo, ele explica.

Um flash de luz também é produzido no argônio com ionização, Pocar diz. Para eventos de alta energia, o pulso de luz é brilhante o suficiente para ser usado para dizer a diferença na "assinatura" entre um recuo nuclear como aquele induzido por um WIMP, e recuo de elétron induzido por radioatividade ambiental ou de fundo.

O laboratório da Pocar projetou, Fiz e instalei um dos eletrodos que aplicam o campo elétrico. Ele diz, "Para WIMPs de baixa massa, a quantidade de energia transmitida ao núcleo de argônio por um WIMP é incrivelmente pequena. É como acertar uma bola de bilhar com uma lenta bola de pingue-pongue. Mas uma coisa importante para nós é que agora com dois anos de dados, temos um conhecimento excelente de nosso detector e entendemos muito bem todos os eventos não WIMP. Depois de entender o seu detector, você pode aplicar todo esse conhecimento no modo de pesquisa, e planejar experimentos de acompanhamento. "

Cristiano Galbiati, porta-voz do projeto DarkSide, disse no simpósio desta semana, "Esta é a melhor maneira de começar a aventura do futuro experimento DarkSide-20k. Os resultados do DarkSide-50 fornecem grande confiança em nossas escolhas tecnológicas e na capacidade de realizar um programa de descoberta convincente para a matéria escura. Se uma tecnologia de detector sempre identificará eventos induzidos de matéria escura de forma convincente, será isso. "