A resposta para o mistério da matéria escura pode estar sob nossos pés.
A matéria escura é um componente hipotético do nosso universo, usado para explicar muitos comportamentos estranhos de estrelas e galáxias.
Apesar da evidência quase esmagadora de que a matéria escura realmente existe, ainda não sabemos do que é feita. Os detectores espalhados pelo mundo operam há décadas, tentando detectar o traço fraco de uma partícula de matéria escura que passa, mas sem sucesso. Um novo artigo oferece uma abordagem alternativa: cavar fundo.
Sabemos que a matéria escura existe através de uma variedade de observações astronômicas. Estrelas estão orbitando os centros de suas galáxias muito rápido. Galáxias estão zunindo dentro de aglomerados muito rapidamente. Estruturas maciças no universo estão aparecendo muito cedo.
Tanto quanto podemos dizer, há muito mais no cosmos do que aparenta – há alguma forma de matéria que é totalmente invisível para nós. Qualquer que seja a matéria escura, é um novo tipo de partícula que não interage com a luz, o que significa que não emite, absorve, reflete ou refrata a radiação eletromagnética. O que significa que não podemos vê-lo. O que a torna escura.
Até agora, a única maneira de sabermos que a matéria escura existe é através da gravidade. Apesar de sua superpotência de invisibilidade, a matéria escura ainda possui massa, o que significa que ela pode puxar e moldar os maiores objetos do universo, revelando sua presença através do movimento das estrelas e galáxias mais luminosas.
No outro extremo da escala, os físicos de partículas vêm inventando novas partículas como conseqüências para novas teorias da física, e algumas delas se encaixam no que seria a matéria escura. O candidato mais promissor é uma partícula conhecida como WIMP: uma partícula massiva de fraca interação.
A parte “interagindo fracamente” não significa apenas que a partícula é fraca: significa que a matéria escura ocasionalmente interage com a matéria normal através da força nuclear fraca. Mas, como o nome sugere, a força nuclear fraca não é a mais forte e possui um alcance muito curto, tornando essas interações incrivelmente raras.
Pistas enterradas
Mas “raro” não significa “nunca”. Pensa-se que bilhões – até trilhões – de partículas de matéria escura estão nadando através de você agora. Mas como a matéria escura dificilmente nota a matéria normal e vice-versa, você simplesmente não a sente. Você tem que sair para grandes escalas antes de começar a ver seus efeitos gravitacionais.
Ainda assim, raramente (exatamente quão raramente ainda não se sabe), uma partícula de matéria escura fica desonesta e interage com uma partícula de matéria normal através da fraca força nuclear. Isso envolve uma transferência de energia (isto é, a partícula da matéria escura chuta a partícula normal), enviando a matéria normal voando, algo que podemos, pelo menos em princípio, detectar.
Mas, como é tão raro e tão fraco, nossas tentativas de detecção não foram proveitosas. Precisamos de grandes detectores que ocupem muito volume (já que as interações são muito raras, é possível construir um detector gigante ou esperar centenas de anos para ter sorte). Além disso, temos que enterrar esses detectores no subsolo, o mais profundo a 1,2 milhas (2 quilômetros) abaixo da superfície. Isso ocorre porque há muitos incômodos subatômicos: outras partículas de alta energia, como neutrinos e raios cósmicos, causam chutes semelhantes, e precisamos usar muita rocha para absorvê-los antes que eles atinjam o detector, garantindo que, se fizermos isso ver um sinal, é mais provável que seja causado por matéria escura.
E até agora, após décadas construindo detectores cada vez maiores e observando atentamente, não encontramos agachamento.
Evidência fóssil
Há um limite para o tamanho em que podemos fabricar um detector de matéria escura, com base exclusivamente em restrições de engenharia e custos. Mas, felizmente, de acordo com um novo artigo que apareceu recentemente no site de pré-impressão on-line arXiv, há um gigantesco detector de matéria escura que coleta dados há milhões de anos.
E está bem debaixo dos nossos pés.
A crosta da própria Terra serve como um enorme detector de matéria escura. Quando partículas dispersas de matéria escura interagem com a matéria normal dentro de uma rocha, um próton ou nêutron pode se soltar, alterando a composição química da rocha nas proximidades do local do impacto. Isso pode potencialmente até fazer a partícula voar, deixando para trás uma cicatriz microscópica. Melhor ainda, escavações profundas têm acesso a partes da crosta terrestre duas vezes mais profundas do que nossos atuais detectores de matéria escura, resultados promissores ainda mais livres de confusão por raios cósmicos e outras partículas incômodas. E como as rochas permanecem como rochas por milhões e até centenas de milhões de anos, elas registram interações com a matéria escura por todo esse tempo, por muito mais tempo do que podemos esperar acessar durante a vida de nossos experimentos. Portanto, é bem simples: desenterrar um monte de rocha (de preferência algo puro, para facilitar a análise) e examiná-la com um pente microscópico de dentes finos, procurando sinais de violência subatômica. Há uma captura, no entanto. As rochas da Terra contêm naturalmente alguns elementos radioativos, e decaimentos radioativos darão origem a características semelhantes. Para resolver isso, os pesquisadores sugerem cavar na crosta oceânica, que é muito mais pura do que as coisas que constroem continentes. Com isso em mãos, os pesquisadores prevêem que poderíamos ter um super detector de fácil alcance: mesmo um mero quilograma de rocha superaria a sensibilidade dos melhores detectores atuais do mundo. Nós apenas temos que cavar.
Publicado em 21/03/2020 11h37
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