Uma equipe de pesquisadores da República da Coréia, os EUA., Brasil, A Indonésia e o Reino Unido realizaram recentemente uma busca direta por matéria escura impulsionada por inelástica (IBDM) usando um detector terrestre. Seu estudo, publicado em Cartas de revisão física ( PRL ), é o primeiro a pesquisar experimentalmente o IBDM usando um detector terrestre.

As observações recolhidas por estudos astrofísicos anteriores sugerem que o componente de matéria dominante do universo não é matéria comum, mas matéria escura não bariônica. Os pesquisadores têm feito enormes esforços para pesquisar a matéria escura por meio de detecção direta, detecção indireta e experimentos de colisor, ainda tão longe, suas tentativas não tiveram sucesso.

Essa falta de sucesso os encorajou a procurar tipos alternativos de matéria escura, como modelos de massa leve ou matéria escura relativisticamente impulsionada (BDM), que teria assinaturas substancialmente diferentes nos detectores. Precisamente porque esses novos tipos de matéria escura produziriam assinaturas não convencionais, muito poucos deles foram o foco de experimentos tradicionais de matéria escura.

"Embora os cientistas tenham pesquisado consistentemente a matéria escura WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) nas últimas décadas, nenhum sinal claro foi observado ainda, "Hyun Su Lee, pesquisador do Institute for Basic Science em Daejeon, Coréia, que realizou o estudo recente, disse a Phys.org. "Isso motivou os pesquisadores de outros tipos de matéria escura, o que pode dar sinais significativamente diferentes no detector. Uma ideia é pesquisar matéria escura multicomponente. Nesse caso, cada componente de matéria escura é provavelmente matéria escura WIMP, mas tem uma massa diferente. "

Alguns anos atrás, pesquisadores da Universidade de Maryland e do MIT introduziram um novo modelo que descreve uma partícula relativística de matéria escura impulsionada pela aniquilação de particípios de matéria escura mais pesados ​​no centro da galáxia ou no sol. De acordo com seu modelo, isso exigiria pelo menos duas espécies de partículas de matéria escura, compreendendo uma matéria escura multicomponente.

Candidatos de matéria escura com uma massa mais pesada podem se decompor em matéria escura clara. Como a massa é equivalente à energia, no caso de matéria escura multicomponente, as diferenças de massa entre os diferentes componentes levariam a alta velocidade da matéria escura clara. O termo 'matéria escura impulsionada, ' Portanto, basicamente significa que a matéria escura incidente tem uma velocidade relativamente alta.

"O sinal esperado da matéria escura de alta velocidade é o recuo energético do elétron, enquanto a matéria escura típica traz recuo nuclear de baixa energia, "Lee explicou." Esta teoria foi consideravelmente desenvolvida nos últimos anos. Depois disso, teóricos começaram a pensar sobre espalhamento inelástico, por causa dos múltiplos componentes da matéria escura. "

Na química e na física, O espalhamento inelástico é um processo fundamental no qual a energia cinética de uma partícula incidente não é conservada, mas é perdido ou aumentado. Pesquisadores do CERN, assim como outras instituições na Coréia e nos EUA teorizaram uma interação inelástica de matéria escura impulsionada. De acordo com suas teorias, a matéria escura relativística interage com o material alvo por meio de espalhamento inelástico com elétrons, criando um estado mais pesado que mais tarde produz partículas de modelo padrão, como pares elétron-pósitron.

"Na dispersão inelástica, o primeiro elétron energético é produzido com uma partícula adicional do setor escuro, "Lee explicou." Essa partícula de setor escuro está decaindo em um par de pósitrons de elétrons com algum deslocamento. Até aqui, nenhum experimento estudou cuidadosamente esses tipos de sinais, então pensamos que este poderia ser um bom cenário alternativo para explicar o problema da matéria escura. "

Em seu estudo, Lee e seus colegas realizaram a primeira busca direta por IBDM com um detector terrestre. Essencialmente, eles imergiram oito cristais Nal (TI) com uma massa total de 106 kg em um 2, Cintilador líquido de 200L cercado por escudos pesados ​​para bloquear fundos radioativos.

"Usamos tanto NaI (Tl), 106kg, e LS, 2ton, como um detector ativo para procurar um elétron energético mais um par de pósitrons de elétrons que depositou energias em dois componentes detectores diferentes, "Lee disse." Por causa da grande massa do detector e seus muitos componentes, atinge uma sensibilidade relativamente boa para esses tipos de sinais. "

Infelizmente, Lee e seus colegas não conseguiram detectar sinais IBDM em seus dados. Apesar disso, o estudo deles é pioneiro, já que ninguém havia usado detectores anteriormente para pesquisar esse tipo específico de matéria escura.

O trabalho deles faz parte de um projeto maior, apelidado de COSINE-100, que visa especificamente testar a modulação anual da matéria escura observada pelo experimento DAMA. Os pesquisadores acreditam que pesquisas adicionais por sinais IBDM usando o mesmo detector ou outros detectores de matéria escura em escala tonal serão mais proveitosas.

"Para a pesquisa intensificada de matéria escura, vamos melhorar nossa análise usando um conjunto de dados cerca de 10 vezes maior que já temos no disco, "Disse Lee." Também planejamos pesquisar canais de dispersão elástica e esperamos que uma pesquisa atualizada explore grandes espaços de parâmetros que ainda não foram pesquisados ​​em nenhum outro experimento. "

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