Experimento fecha o cerco sobre a busca de fótons escuros

Destaque em Física, semana de 18 de maio de 2017

destaque 18052017A natureza da matéria escura, uma misteriosa substância cuja existência só se fez notar até hoje por suas influências gravitacionais em observações astronômicas, é um problema que tem desafiado astrofísicos e físicos de partículas por décadas.

Uma das hipóteses para explicá-la sugere que ela pode ser feita de "fótons escuros" (hidden photons), partículas similares aos fótons comuns que compõem a luz. Os fótons escuros podem se transformar em fótons comuns e que estes podem ser absorvidos por elétrons em semicondutores como o silício.

Para testar essa possibilidade, um grupo internacional de pesquisadores, com participação brasileira, está desenvolvendo o experimento DAMIC (Dark Matter in CCDs), instalado no SNOLAB, numa mina a 2.000 metros da superfície no Canadá.

O experimento já está rodando em funcionamento, e um novo artigo, publicado em 7 de abril no "Physical Review Letters", estabeleceu os primeiros limites da detecção direta de fótons escuros no DAMIC.

"O artigo apresenta os melhores vínculos medidos diretamente sobre os fótons escuros de massa entre 3 e 12 eV", afirma João Torres de Mello Neto, professor do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro e um dos autores do artigo. "Adicionalmente, um dos aspectos mais interessantes do artigo é a possibilidade de detecção de sinais de ionização minúsculos."

Além de Mello Neto, também participaram, ligados à UFRJ, o pós-doutorando Diego Torres e os doutorandos Xiaohao You e Victor Braga Mello.

Os limites estabelecidos pelo novo trabalho são importantes por fechar o cerco na busca pelos fótons escuros e demonstram o sucesso da técnica experimental do DAMIC. Agora, os pesquisadores pretendem ampliar e atualizar o sistema, para torná-lo ainda mais sensível. "A colaboração vai ampliar o alvo, que são CCDs, de 20 g para 1 kg nos próximos anos e vai se tornar um dos experimentos líderes na busca de matéria escura de baixa massa", destaca Mello Neto.

Além de buscar fótons escuros, o DAMIC também é sensível para partículas mais "usuais" hipoteticamente apresentadas postuladas para explicar a matéria escura, as chamadas WIMPs (sigla inglesa para partículas massivas de interação fraca). "O DAMIC também tem resultados extremamente competitivos para WIMPs, na faixa de massas pequenas, de 1 a 10 GeV", diz Mello Neto.

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