Um experimento na Terra abriu a possibilidade de detectar matéria escura no espaço

A matéria escura pode representar até 27% de toda a matéria do Universo, mas até o momento do Big Bang, vemos apenas a matéria comum, que representa apenas 5% no Universo. Os cientistas ainda estão se perguntando como detectar essa substância indescritível. Uma das possibilidades é a detecção de partículas pesadas de antimatéria vindas do espaço, que podem nascer durante a aniquilação da matéria escura. Aprenda a reconhecer essas partículas. E os cientistas parecem ter aprendido.

Fonte da imagem: Julien Ordan/CERN

Segundo a Wired, há alguns anos, a equipe do físico Ivan Vorobyov no Grande Colisor de Hádrons começou a obter uma forma exótica de antimatéria como o antinúcleo de hélio-3. Os cientistas já haviam obtido antipartículas em experimentos no LHC, mas obter antinúcleos inteiros era um problema. No entanto, os experimentos iniciados na década de 70 do século passado pelo próprio Vorobyov e o trabalho da equipe ALICE do LHC permitiram obter com segurança um número suficiente de antinúcleos de hélio-3, constituídos por dois antiprótons e um antinêutron. No experimento mais recente, os cientistas do ALICE obtiveram cerca de 18.000 antinúcleos de hélio-3, o que tornou possível estudar seu efeito na matéria comum.

Para detectar antinúcleos de hélio-3 do espaço e, assim, procurar evidências da presença de matéria escura ali, é necessário construir detectores que determinem inequivocamente essa substância. Para fazer isso, é necessário estudar como os feixes de antinúcleos de hélio-3 se comportam na matéria comum dos sensores – isso é chamado de medição da seção transversal de espalhamento inelástico. Nesse caso, os cientistas mediram esse parâmetro para antinúcleos de hélio-3, e o LHC possibilitou a criação de um número suficiente dessas partículas para isso.

No entanto, um problema permaneceu com o estudo do feixe de antinúcleo de hélio-3. A colisão de prótons no LHC e núcleos de chumbo levou à dispersão de “fragmentos de destroços” em direções arbitrárias. Não havia dúvida de qualquer feixe direcionado. E, no entanto, os cientistas conseguiram encontrar uma saída para essa situação. Alguns antinúcleos de hélio-3 atingiram os sensores já colocados no LHC para outros experimentos. Em particular, os acertos foram registrados pelo sistema de registro do sistema de rastreamento interno (ITS), pela câmera de projeção de tempo (TPC) e pelo detector de radiação de transição (TRD). De que material consistem esses sensores não é segredo – tudo se sabe sobre eles e, portanto, as leituras desses sensores permitem calcular o espalhamento dos antinúcleos de hélio-3 nos materiais dos sensores propostos.

Assim, os cientistas obtiveram os dados para construir um detector de antinúcleos de hélio-3 de origem cósmica. Mas eles foram mais longe. Com base nos dados obtidos, foi construído um modelo que permite estimar a probabilidade de detecção desses antinúcleos. Acontece que nossa galáxia é muito transparente para eles. No caminho da periferia da galáxia para nós, apenas 50% dos antinúcleos de hélio-3 são perdidos, o que promete capturar esses processos no espaço com alta probabilidade e, finalmente, dizer com maior certeza que definitivamente existe uma substância invisível para nós.