Detector de matéria escura de próxima geração começa a ser projetado

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/10/2021

Com o insucesso das primeiras tentativas, a ideia agora é construir um detector mais versátil.
[Imagem: nEXO Collaboration]

Detector de Xenônio Líquido de Próxima Geração

As duas primeiras versões do experimento não detectaram qualquer pista sobre a matéria escura, mas isso não desanimou a equipe da colaboração que construiu os detectores XENON1T e XENON100.

Eles agora se uniram a outro projeto, chamado LUX-ZEPLIN para construir um super-detector, muito mais versátil e capaz de detectar vários tipos de partículas.

O objetivo é que o "Detector de Xenônio Líquido de Próxima Geração" (nEXO) seja capaz de detectar diretamente os principais candidatos a átomos de matéria escura, o decaimento beta duplo sem neutrinos, hipotéticos áxions e ainda medir neutrinos criados na atmosfera do Sol e da Terra e, potencialmente, em supernovas.

Detectores de xenônio

Os modelos atuais da física estabelecem que a matéria escura representa 85% da matéria do Universo, mas a natureza dessa matéria nunca detectada permanece um mistério. Com isto, a comunidade científica colocou a identificação direta das partículas de matéria escura como uma das maiores prioridades da ciência.

Os experimentos XENONnT estão localizados no Instituto Nacional de Física Nuclear, na Itália, enquanto o experimento LUX-ZEPLIN opera no também subterrâneo Laboratório Sanford, nos EUA. Todos consistem em tanques cheios de xenônio líquido ultrarresfriado, onde deveria ser possível coletar sinais quando os hipotéticos átomos de matéria escura colidissem com os átomos de xenônio. Mas todos os experimentos falharam até agora.

"As duas colaborações líderes mundiais, XENON e LZ, estão combinando seus conhecimentos e tecnologias para caçar a matéria escura, uma vez que os experimentos atuais tenham terminado seu curso. E o Japão irá contribuir com nosso XMASS e agora com os legados XENON," disse o professor Kai Martens, do Instituto Kavli, no Japão.

Detector multipartícula

Os atuais experimentos baseados em xenônio - XENONnT e LUX-ZEPLIN - ainda estão coletando dados. Esses experimentos possuem tanques com 5,9 e 7,0 toneladas de xenônio líquido, respectivamente.

O novo detector será naturalmente maior - as propostas estão por volta de 50 toneladas de xenônio - mas projetado para capturar assinaturas adicionais de partículas além do Modelo Padrão da física de partículas. Em particular, um objetivo importante será a busca pelo decaimento beta duplo sem neutrinos no xenônio, o que pode lançar luzes sobre a natureza dos neutrinos e sobre a assimetria entre matéria e antimatéria no Universo.

O observatório também fará buscas por outros processos e partículas raros, como os áxions, partículas hipotéticas que podem ser emitidas pelo Sol. Ele também medirá neutrinos criados no Sol, na atmosfera da Terra e, potencialmente, em supernovas.

Mais de 100 líderes de grupos de pesquisa de 16 países assinaram o memorando de entendimento para início dos estudos que delinearão o projeto definitivo do nEXO.