Diz-se que o detector de matéria escura mais sensível do mundo começou o trabalho científico depois de passar por testes por 60 dias. A instalação está localizada a uma profundidade de 1,5 km no Sanford Underground Research Center em Lead, Dakota do Sul. A sensibilidade do instrumento é estimada em 50 vezes maior do que a da configuração anterior. O dispositivo coletará dados de eventos por pelo menos 1.000 dias sem qualquer garantia de resultado.
Fonte da imagem: Matthew Kapust
No entanto, ao procurar matéria escura, mesmo um resultado negativo é um passo à frente. A busca em uma certa gama de massas e energias nos obriga a corrigir o modelo físico dessa partícula hipotética, que estabeleceu a própria base do nosso Universo. São partículas, por isso é correto mudar o papel vegetal do inglês “dark matter” em russo para “dark matter”. A matéria também pode ser um campo, esse é um conceito mais amplo, e uma partícula, no entanto, é uma substância.
O novo experimento LUX-ZEPLIN (LZ) se baseia nos dois anteriores, LUX e ZEPLIN, mas é representado por uma configuração maior. Assim, se no experimento anterior foram usados 360 kg de xenônio líquido para buscar eventos (colisões de matéria ordinária e escura), agora o reservatório contém 7,7 toneladas de xenônio líquido resfriado a temperaturas criogênicas. Além disso, o recipiente foi reabastecido com novos sensores, até dois tipos de sensores: um para detectar flashes da interação da matéria escura com átomos de xenônio e outro para detectar elétrons nocauteados por tal colisão.
Além disso, um tanque com água comum e sensores para registrar partículas conhecidas pela ciência é colocado ao redor do tanque de xenônio. Tal organização permite registrar eventos simultaneamente em xenônio e em água. E se os eventos ocorreram simultaneamente, isso nos permite excluir imediatamente a matéria escura, que não interage com os átomos de água em uma determinada escala. A profundidade relativamente grande da instalação e a tela de água podem reduzir significativamente o ruído – detecção de partículas de matéria comum.
O princípio de operação do detector no exemplo da instalação LZ (esquerda) e LZ/SLAC (direita)
No modo de teste, a instalação funcionou por 60 dias após o lançamento em dezembro de 2021. Um artigo foi publicado como resultado da verificação. Agora, o dispositivo coletará dados por pelo menos 1.000 dias na esperança de registrar uma colisão de uma partícula de matéria escura com um átomo de xenônio, o que ocorre com uma probabilidade teórica não superior a duas vezes por ano. Para esclarecer, no experimento LUX-ZEPLIN, os cientistas estão procurando uma partícula WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) – uma partícula massiva hipotética de interação fraca. Com átomos de matéria comum, os “fracos” interagem apenas com a ajuda da gravidade ou interações fracas. Aumentar a sensibilidade geral da instalação em até 50 vezes dá esperança de que, no entanto, algo caia na rede de cientistas.