Físicos em todo o mundo continuam sua busca por matéria escura, um tipo de matéria indescritível que não absorve, reflete ou emite luz e acredita-se que componha a maior parte da matéria do universo. Um tipo de matéria escura que muitas equipes têm procurado especificamente é a matéria escura sub-GeV, partículas de matéria escura com massas abaixo de GeV (giga-elétron-volt).
A colaboração PandaX-II, uma grande equipe de pesquisadores que trabalham em diferentes institutos e universidades na China, realizou recentemente uma busca por matéria escura impulsionada por raios cósmicos, usando dados coletados pelo detector PandaX-II, localizado no China Jinping Underground Laboratório. Seus resultados, publicados em Physical Review Letters (PRL) , ampliam o espaço de parâmetro sondado para a matéria escura para massas de 0,1 MeV a GeV.

“A matéria escura clara, com massa menor que a massa do próton, geralmente não foi sondada na detecção direta, pois não pode produzir recuo nuclear grande o suficiente para exceder o limite do detector”, disseram os pesquisadores ao Phys.org, por e-mail. "Felizmente, as partículas claras de matéria escura no espaço podem ser chutadas por raios cósmicos para ter velocidade relativística. Isso lhes permite superar o limiar de detecção direta, como apontado pela primeira vez pelos pesquisadores Torsten Bringmann e Maxim Pospelov."

Em seu estudo recente, a colaboração PandaX-II analisou especificamente o sinal de modulação diurna da matéria escura que é “impulsionado” pelos raios cósmicos. Para fazer isso, eles analisaram os dados coletados pelo detector PandaX-II no último teste do experimento.

Suas análises se basearam em um de seus artigos fenomenológicos anteriores, publicados no início de 2021 na PRL. Neste trabalho anterior, a equipe notou, pela primeira vez, que a matéria escura impulsionada por raios cósmicos originária principalmente do núcleo de nossa galáxia tinha uma assinatura de modulação única.

“A matéria escura percorre uma certa distância dentro da Terra antes de chegar ao detector, que varia drasticamente de 2 km a 13.000 km, dependendo da rotação da Terra”, disseram os pesquisadores. "Quanto maior a distância, mais fortes os efeitos de atenuação."

Com base em suas observações, a colaboração PandaX-II percebeu que uma combinação da distância que a matéria escura percorreu dentro da Terra e seus efeitos de atenuação levou a uma modulação diurna única. Em seu novo estudo, eles começaram a buscar experimentalmente essa modulação diurna, analisando dados reais coletados pelo experimento PandaX-II.

“Usamos os dados completos, para um total de 100 toneladas por dia, coletados pelo experimento PandaX-II no Laboratório Subterrâneo de Jinping da China”, explicaram os pesquisadores. "Além do tempo sideral único, também consideramos a característica distribuição de energia de alto recuo dos eventos. Esses dois recursos distintos são usados ​​para suprimir o fundo e melhorar a sensibilidade do sinal."

Primeiro, a equipe fez uma série de considerações teóricas. Especificamente, eles consideraram cuidadosamente as distribuições de matéria escura e raios cósmicos em nossa galáxia, usando uma série de modelos teóricos.

“Modelamos a propagação da matéria escura na Terra usando um método completo de simulação de Monte Carlo, incluindo um perfil detalhado da montanha Jinping”, disse a colaboração PandaX-II. “Para evitar a incerteza sistemática associada à dispersão incoerente e inelástica pela Terra, definimos um corte de energia em 200 MeV, levando a uma exclusão conservadora e robusta”.

As análises recentes realizadas por esta equipe de pesquisadores podem contribuir significativamente para a busca de matéria escura sub-GeV. De fato, seus resultados estendem significativamente o espaço de parâmetros sondado para a matéria escura de 0,1 MeV para GeV, cobrindo um tipo crucial de interações matéria escura-núcleo que anteriormente era inacessível para sondas astrofísicas e cosmológicas.

Usando a mesma configuração experimental e conjuntos de dados empregados em suas análises anteriores, a equipe conseguiu reunir informações adicionais, ampliando o “território” explorado por experimentos destinados a detectar diretamente a matéria escura. A colaboração PandaX está agora realizando um novo experimento, conhecido como o experimento PandaX-4T. A equipe planeja realizar mais análises sobre os dados recém-coletados.

"Espera-se que este novo experimento melhore a exposição em mais de uma ordem de magnitude e reduza significativamente o fundo", acrescentaram os pesquisadores. “Em nossos próximos estudos, usaremos os novos dados para melhorar ainda mais a sensibilidade da detecção de matéria escura clara por meio do mecanismo de aumento de raios cósmicos. fenômenos em geral”. + Explorar mais

Examinando os resultados de novas pesquisas de matéria escura pelas colaborações PandaX-4T e ADMX

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