O experimento LUX-ZEPLIN (LZ), instalado em uma mina desativada na Dakota do Sul, nos Estados Unidos, registrou em junho de 2023 um evento incomum que pode estar ligado à matéria escura. A colaboração internacional responsável pelo detector afirma que o sinal é o mais convincente observado pelo instrumento até agora, mas ressalta que ele não permite declarar uma descoberta.
A matéria escura corresponderia a cerca de 85% de toda a matéria do Universo. Embora não absorva nem reflita luz, sua influência gravitacional ajuda a explicar a formação de galáxias e a estrutura do cosmos em grande escala.
Sinal surge em dados de 2023
O detector identificou a interação durante uma análise de 220 dias de dados, coletados entre março de 2023 e abril de 2024. O evento produziu um clarão no equipamento, que usa xenônio líquido altamente purificado para procurar sinais extremamente raros.
A colaboração LZ reúne 250 cientistas e engenheiros de 39 instituições. Depois de meses de análise, o grupo estimou em 0,5% a chance de que uma fonte conhecida de interferência tenha provocado o evento observado.
Mesmo assim, esse cálculo não basta para associar o registro à matéria escura. A física de partículas exige evidências estatísticas muito mais robustas antes de reconhecer uma nova descoberta.
Análise ainda fica abaixo do limiar
Segundo os pesquisadores, a análise atual alcançou 2,6-sigma. Isso equivale a uma chance de cerca de uma em 200 de que o resultado seja uma coincidência estatística.
Para declarar uma descoberta, a convenção da física de partículas estabelece o patamar de 5-sigma. Nesse nível, a probabilidade de uma coincidência estatística cai para aproximadamente uma em 3,5 milhões.
O quadro abaixo organiza a diferença entre o resultado atual e o nível exigido para uma descoberta.
| Confiança estatística do sinal do LZ | ||
|---|---|---|
| Referência | Significância | Chance de coincidência |
| Análise atual do evento | 2,6-sigma | 1 em 200 |
| Limiar de descoberta | 5-sigma | 1 em 3,5 milhões |
Fonte: Colaboração LZ
Detector procura possíveis WIMPs
O LZ foi projetado para buscar partículas massivas de interação fraca, conhecidas pela sigla WIMPs. Elas figuram entre os candidatos hipotéticos para compor a matéria escura.
Se existirem, essas partículas poderiam atravessar a matéria comum quase sem interagir com ela. Em uma colisão rara com o núcleo de um átomo, porém, produziriam um pequeno recuo, tipo de sinal que o experimento busca medir.
O xenônio foi escolhido porque seus átomos têm núcleos pesados e, por isso, podem funcionar como alvos sensíveis para essas possíveis interações. As colisões gerariam sinais mensuráveis dentro do detector.
Instalação reduz ruídos do ambiente
O equipamento opera a quase 1,5 quilômetro abaixo da superfície, na Instalação de Pesquisa Subterrânea de Sanford. A profundidade e as camadas de proteção ajudam a reduzir a interferência de raios cósmicos e outras fontes de radiação.
Esse isolamento, no entanto, não elimina totalmente o ruído de fundo. Por isso, os pesquisadores precisam distinguir potenciais sinais de matéria escura de eventos causados por mecanismos convencionais ou por ocorrências raras no próprio detector.
Rick Gaitskell, porta-voz do LZ e professor da Universidade Brown, explicou que interações desse tipo seriam muito pouco frequentes. Assim, mesmo um detector da escala do LZ pode precisar operar por meses ou anos para registrar uma interação individual.
Equipe amplia conjunto de dados
Os cientistas trabalham agora com um conjunto mais recente, que reúne 700 dias de dados. O objetivo é verificar se aparecem outras colisões com características compatíveis com o evento registrado em 2023.
Além disso, a equipe passou a inserir eventos sintéticos no material analisado. Esses registros imitam interações genuínas de matéria escura para os analistas e só são removidos depois que a análise termina, como forma de reduzir vieses inconscientes.
A confirmação dependerá de novos eventos e do aumento da significância estatística do resultado. Alvine Kamaha, integrante da colaboração LZ e professora assistente de física da Universidade da Califórnia em Los Angeles, afirmou que um evento isolado não é suficiente.
Outros detectores podem testar resultado
Se os novos dados apontarem outras interações candidatas, experimentos semelhantes poderão testar o resultado de maneira independente. Entre os detectores citados estão o XENONnT, na Itália, e o PandaX-4T, na China.
Pesquisadores externos à colaboração também defendem cautela. Tim MP Tait, da Universidade da Califórnia em Irvine, observou que o evento ocorreu em uma energia maior que a prevista pela maioria dos modelos para WIMPs.
Tracy Slatyer, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, destacou que a energia elevada e a ausência de eventos correspondentes em energias menores tornam o caso particularmente interessante, caso o sinal seja confirmado como matéria escura.
Uma identificação definitiva abriria caminho para investigar diretamente a composição dessa parcela invisível do Universo. Antes disso, porém, o resultado precisará resistir a análises adicionais e à verificação por outros experimentos.
