Configuração experimental avançada expande a busca por partículas ocultas de matéria escura
Montagem final de detectores de radiação de germânio para o Demonstrador Majorana em 2015. Esses detectores produziram um conjunto de dados “silenciosos” de fundo baixo que os pesquisadores usaram para procurar sinais de matéria escura e outras físicas além do Modelo Padrão. Crédito:Matthew Kapust, Centro de Pesquisa Subterrânea de Sanford. A evidência científica da matéria escura vem da observação de como ela influencia o movimento das estrelas e galáxias. Os cientistas acreditam que a matéria escura pode consistir em partículas. Para procurar estas partículas e as suas colisões semelhantes a bolas de bilhar, os investigadores usaram algumas das maiores e mais sensíveis experiências alguma vez construídas.
No entanto, estas experiências ainda não detectaram sinais de matéria escura. Os cientistas prevêem que as partículas de matéria escura interagiriam muito fracamente. Isto significa que os detectores na Terra devem ser capazes de detectar um “vento” nas partículas de matéria escura à medida que a Terra se move através da matéria escura e colide com um pequeno número de partículas.
Outra possibilidade é que, quando ocorre uma rara colisão, a matéria escura seja totalmente absorvida, gerando um pequeno choque de energia. O Demonstrador Majorana é um detector de radiação muito sensível a este tipo de interação. O experimento ocorre nas profundezas do subsolo e é protegido da radiação ambiente, como os raios cósmicos, e seus detectores são extremamente sensíveis a pequenos choques de energia.
Esses recursos permitiram aos cientistas realizar uma busca cinco a 10 vezes mais sensível do que detectores semelhantes. Os pesquisadores não detectaram o sinal esperado da matéria escura. Isto permite aos cientistas atualizar os limites da possível massa de matéria escura em vários modelos diferentes. É provável que esses resultados permaneçam nos melhores limites por algum tempo usando esta tecnologia de detector específica.
Compreender a natureza e a origem da matéria escura revolucionaria completamente a compreensão do universo pelos cientistas. Muitos modelos teóricos da matéria escura prevêem que os seus sinais podem ser detectados usando detectores de radiação de fundo baixo.
Ao procurar tipos específicos de matéria escura e não encontrar nenhum sinal, os cientistas que operam o experimento Majorana Demonstrator estreitaram significativamente as características de potenciais partículas de matéria escura. Embora o estudo deles tenha sido publicado na revista Physical Review Letters não detectou diretamente a matéria escura, utilizou uma abordagem que pode ajudar a orientar experiências futuras.
Nesta pesquisa, os pesquisadores usaram uma configuração experimental avançada com detectores de germânio de alta pureza para procurar vários tipos de matéria escura, não encontrando nenhum sinal significativo previsto por vários modelos teóricos. O experimento foi conduzido no Sanford Underground Research Facility. Diversas universidades e laboratórios colaboraram para conduzir o experimento, realizando um esforço amplo e interdisciplinar.
O foco científico estava na busca de tipos distintos de candidatos indescritíveis à matéria escura, incluindo neutrinos estéreis e matéria escura bosônica e fermiônica. Se a matéria escura for detectada, fornecerá uma visão dramática sobre a composição do universo e da física além do Modelo Padrão.
A pesquisa também reforça a incrível sensibilidade e amplo alcance do experimento Majorana Demonstrator em vários campos da física. Vários projetos de pesquisa importantes usaram o mesmo conjunto de dados subjacente do Demonstrador Majorana.
