Cristais de iodeto de sódio sendo instalados no COSINECrédito: COSINE-100 Dark Matter Experiment
A colaboração internacional COSINE e o experimento espanhol ANAIS publicaram em julho na mesma edição da revista Physical Review Letters os seus primeiros resultados de busca por um sinal com oscilação anual, criado supostamente pela passagem de partículas de matéria escura através da Terra. Funcionando há mais de um ano, ambos experimentos são os primeiros a usarem o mesmo tipo de detector de cristais de iodeto de sódio do experimento italiano DAMA/LIBRA, que desde 1997 observa uma oscilação anual em seus dados. A existência desse sinal anualmente modulado, porém, vem sendo excluída por todos os demais experimentos de busca por matéria escura já realizados. Ainda inconclusivos, os resultados do ANAIS são compatíveis com um sinal nulo, enquanto os resultados do COSINE sugerem uma oscilação semelhante à observada pelo DAMA/LIBRA. “Existe em princípio uma modulação, mas como a incerteza ainda é muito grande, praticamente da ordem de grandeza da amplitude, o resultado também é compatível com a ausência de modulação”, diz o físico Nelson Carlin, professor do Instituto de Física Universidade de São Paulo (USP) participante da colaboração COSINE.
Observações astrofísicas sugerem que 85% da matéria do Universo existe em uma forma desconhecida chamada de matéria escura, que interage muito pouco com a matéria ordinária, exceto pela força gravitacional. Instalado no Laboratório Nacional de Gran Sasso, na Itália, o experimento DAMA/LIBRA registra a luz da cintilação provocada pela colisão de partículas subatômicas com os núcleos atômicos de cristais de iodeto de sódio. A esperança dos pesquisadores é de que algumas dessas cintilações sejam provocadas por partículas de matéria escura chamadas de WIMPS, quando interagem fracamente com a matéria ordinária. À medida que o Sol gira ao redor do centro da Via Láctea, o Sistema Solar se move em relação ao halo de matéria escura que parece envolver nossa galáxia. Devido a esse movimento e o da órbita da Terra em torno do Sol, os experimentos na superfície terrestre observariam um “vento” de matéria escura cuja intensidade oscilaria anualmente, como o DAMA/LIBRA vem observando desde 1997.
Essa oscilação anual, entretanto, não foi observada por outros experimentos semelhantes. Ao contrário, todos os demais experimentos obtiveram resultados que limitam tanto a massa dos WIMPS, quanto a probabilidade de interação dessas partículas com a matéria ordinária. Esses limites excluem a possibilidade de que o sinal do DAMA/LIBRA tenha sido produzido pelo vento de matéria escura. Todos esses experimentos, porém, utilizaram materiais e técnicas de análise diferentes das do DAMA/LIBRA. O experimento COSINE-100 é o primeiro a utilizar detectores de cristais de iodeto de sódio de tamanho e sensibilidade suficiente para reproduzir as condições do DAMA/LIBRA de maneira independente. Montado no Laboratório Subterrâneo de Yangyang, na Coréia do Sul, o COSINE-100 é fruto de uma colaboração entre 50 pesquisadores da Coréia do Sul, Estados Unidos, Reino Unido, Indonésia e Brasil. A colaboração publicou seus primeiros resultados em dezembro de 2018 na revista Nature, excluindo a região de sinal do DAMA/LIBRA.
Agora, a colaboração COSINE publicou os resultados de sua primeira tentativa de observar alguma oscilação de período anual em seus dados. “Com uma quantidade de dados ainda não muito grande, o resultado ainda não é conclusivo”, explica Carlin. “Precisamos de mais uns dois anos de tomada de dados para mostrar se existe ou não uma modulação.”
Outro experimento com cristais de iodeto de sódio, o ANAIS, instalado no Laboratório Subterrâneo Canfranc,nos Pirineus, na Espanha, também publicou seus primeiros resultados, sugerindo que não existe modulação anual. Entretanto, a quantidade de dados desse experimento também não permite ainda que seus resultados sejam conclusivos.
Artigo científico
Search for a Dark Matter-Induced Annual Modulation Signal in NaI(Tl) with the COSINE-100 Experiment
G.Adhikari et al. (COSINE-100 Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 123, 031302, 16 de julho de 2019
ArXiv:1903.10098
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Igor Zolnerkevic
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