Bem abaixo de uma montanha na cordilheira dos Apeninos, na Itália, um intrincado aparato procura a matéria escura do universo. Os alunos de física da Universidade de Massachusetts desempenharam um papel crucial nas últimas descobertas do detector DarkSide-50 - e, na verdade, fazem parte deste projeto desde o seu início.

O professor de física Andrea Pocar e seus alunos projetaram e construíram uma grade que é um dos principais componentes do DarkSide-50, criado em 2009 por uma coalizão internacional e instalado no Laboratório Nacional Gran Sasso da Itália. Estudantes de graduação como Arthur Kurlej '15 e Kirsten Randle '15 projetaram, montado, e soldou este delicado aparelho no lugar.

Embora a matéria escura possa ser inferida de seus efeitos gravitacionais, os físicos têm grande dificuldade em identificá-lo, visto que, de outra forma, dificilmente interage com a matéria "regular". Portanto, eles têm que inovar maneiras de detectá-lo.

DarkSide-50 usa um tanque de argônio líquido com uma pequena bolsa de gás argônio no topo como um alvo para atrair as partículas que se acredita constituírem matéria escura. O argônio líquido é o alvo das partículas de matéria escura, enquanto a bolsa de gás é fundamental para amplificar o sinal resultante. O núcleo de argônio é cercado por um grande volume de fluido cintilante limpo que o protege da radioatividade ambiente que pode imitar os sinais de matéria escura. O flash de luz produzido quando uma partícula atinge o núcleo de um átomo de argônio será um indicador para os pesquisadores de que eles estão na trilha certa.

O processo de descoberta da matéria escura significa se tornar um especialista absoluto em tudo o que a matéria escura não é. A aluna de pós-graduação Alissa Monte procura eventos que acontecem nos limites do detector onde é menos eficiente para coletar luz, onde a carga pode ficar presa, ou eventos perdem energia com efeitos de borda. Seu trabalho nessas regiões menos "ideais" ajuda os pesquisadores a compreender o comportamento de todo o detector.

Ficar à espera da matéria escura é um processo zen. "Se quisermos ver a matéria escura, é um sinal totalmente novo, "explica Pocar." Há radioatividade em tudo. Portanto, você precisa saber como são esses sinais em seu detector e como eles podem se mascarar como matéria escura. "

"Se virmos um evento entrando sorrateiramente, "Pocar continua, "Isso é estatisticamente extremamente significativo. Seríamos forçados a começar a alegar que isso é na verdade um sinal."

Monte apresentou seu pôster no simpósio Dark Matter 2018 na UCLA, onde ela e o resto da equipe de Pocar deram seu primeiro relatório sobre a alta sensibilidade do instrumento para uma classe particular de princípios de matéria escura. A equipe havia coletado dados para uma medição que eles nem mesmo esperavam ser capazes de fazer.

"Descobrimos que éramos mais sensíveis do que qualquer experimento em execução em uma determinada faixa de massa, "relata Pocar." Tem havido algumas décadas de pesquisa empurrando os limites em busca de coisas pesadas, mas não encontrando nada. As pessoas começaram a questionar se talvez esse não seja o lugar certo para procurar. Então aqui chegamos com este experimento em que vários experimentos estão começando a aparecer. "

A equipe agora ganhou um "conhecimento primoroso" da maneira como o detector indica eventos de segundo plano. "Ninguém esperava que disséssemos nada sobre essa matéria escura de baixa massa, e definimos a melhor sensibilidade do mundo, "diz Pocar." De repente, somos um jogador neste jogo. "