Experimento LUX-ZEPLIN detecta evento anômalo em busca por matéria escura

O experimento LUX-ZEPLIN (LZ), localizado a 1,5 km de profundidade nos Estados Unidos, detectou um evento de colisão de partículas que intriga a comunidade científica por sua dificuldade de explicação por fontes conhecidas. A descoberta, publicada em setembro deste ano após a análise de 220 dias de dados, representa a pista mais convincente até agora para a existência de matéria escura, que compõe cerca de 85% da matéria do universo.

A matéria escura, invisível e indetectável diretamente, é teorizada como sendo composta por partículas como os WIMPs (partículas maciças que interagem fracamente). O experimento LZ utiliza 7 toneladas de xenônio líquido a baixíssimas temperaturas para tentar detectar o choque de uma WIMP com um núcleo de xenônio. A densidade elevada do xenônio líquido aumenta a chance de tais colisões ocorrerem.

O que diz a pesquisa

Um estudo publicado no arXiv (preprint), intitulado "Search for dark matter particle interactions in an extended nuclear recoil energy window with the LUX-ZEPLIN (LZ) experiment", detalha a busca por partículas de matéria escura que interagem com núcleos de xenônio. O experimento utilizou uma exposição de 2,84 toneladas-ano. Uma janela de energia estendida para recuos nucleares, até aproximadamente 270 keV, permite a busca por modelos de matéria escura onde recuos de alta energia são mais representativos do espectro previsto. Foi observado um evento com características consistentes com um recuo nuclear de 248±23 (estatístico) ±23 (sistêmico) keV, em uma região com baixa expectativa de fundo. Uma análise de razão de verossimilhança encontra uma tensão com a hipótese de apenas fundo em uma significância global de 2,6σ, considerando efeitos de "olhar para trás", com uma significância local máxima de 3,4σ nos modelos testados. A análise descreve o evento de interesse, o modelo de fundo utilizado e detalha topologias de fundo raras consideradas.

O evento anômalo

Em junho de 2023, o experimento LZ registrou um evento com características incomuns. Após uma análise rigorosa, a equipe do experimento estimou em apenas 0,5% a probabilidade de que este evento tenha uma explicação convencional, como a interação de partículas conhecidas ou ruído do detector.

Embora este resultado não seja suficiente para confirmar a existência de matéria escura, ele representa um avanço significativo na pesquisa. A comunidade científica está atenta aos próximos passos, que envolverão análises adicionais e a busca por eventos semelhantes em futuras coletas de dados.

O que vem a seguir

A publicação deste achado, após meses de verificação minuciosa, demonstra o rigor científico empregado na pesquisa. A expectativa agora é que novos dados coletados pelo experimento LZ e por outros detectores de matéria escura ao redor do mundo possam corroborar ou refutar a hipótese de que o evento detectado seja, de fato, uma manifestação da matéria escura.

O experimento LUX-ZEPLIN (LZ) é um dos maiores e mais sensíveis detectores de matéria escura do mundo, localizado no Sanford Underground Research Facility, na Dakota do Sul, EUA. Sua localização em profundidade ajuda a blindar o detector de raios cósmicos que poderiam interferir nas medições.