A experiência LUX-ZEPLIN observa um sinal surpreendente na sua procura de matéria escura
Uma interação observada na experiência LZ poderá ser interpretada como um sinal de um WIMP, mas serão necessários mais dados para confirmar.
Um evento difícil de explicar
Um único evento está no centro dos mais recentes resultados da experiência LUX-ZEPLIN (LZ). Identificado numa análise que alargou a procura de matéria escura a energias mais elevadas, não pode ser facilmente explicado pelos processos conhecidos produzidos por matéria comum.
O resultado publicado a 1 de setembro em lz.lbl.gov e apresentado na conferência internacional 2026 TeV Particle Astrophysics, no Japão, não atinge ainda o nível de significância estatística necessário para se poder falar numa descoberta. Constitui, no entanto, o indício mais interessante de matéria escura observado até agora por LZ.
O papel do LIP
“Conhecemos o nosso detetor extremamente bem. Após meses de revisão cuidadosa, este evento parece genuíno e incompatível com interações esperadas”, afirma Paulo Brás, investigador do LIP e atualmente principal coordenador de física de LZ. Paulo Brás desempenhou um papel central na coordenação desta análise e na revisão e aprovação dos resultados.
O LIP e a Universidade de Coimbra integram a colaboração LZ desde o seu início, em 2012. A equipa portuguesa conta atualmente com seis investigadores e dois estudantes de doutoramento.
Uma procura a energias mais elevadas
Este conjunto de dados já tinha sido estudado anteriormente pela colaboração numa análise a mais baixas energias e restringida a formas mais simples de interação entre matéria escura e matéria normal. Desta vez, LZ alargou a procura a um conjunto mais vasto de possíveis interações, incluindo aquelas capazes de produzir deposições de energia mais elevadas no detetor.
Paulo Brás sublinha, contudo, a necessidade de cautela na interpretação do resultado: “Ainda assim, esta análise apresenta um valor de significância de 2,6σ (2 vírgula seis sigma), o que significa que existe aproximadamente 0,5% de probabilidade de o evento poder ser explicado por interações conhecidas. Somente com mais dados e mais observações é que poderemos confirmar se este sinal é verdadeiramente interessante.”
Se o evento observado tiver realmente sido causado por matéria escura, a partícula responsável terá provavelmente uma massa superior a 200 GeV/c², isto é, mais de 200 vezes a massa de um protão. O resultado apontaria também para um tipo de interação entre WIMPs e matéria comum mais complexo do que o tipicamente considerado nestas pesquisas.
A cautela em torno do resultado é também sublinhada por Rick Gaitskell, porta-voz de LZ e professor da Universidade de Brown, nos Estados Unidos: “Estamos bastante intrigados por observar este evento precisamente na região dos dados onde esperamos que possa surgir matéria escura e onde outras interacções são muito reduzidas. Com apenas um evento, não queremos precipitar-nos. Não estamos a afirmar que observámos matéria escura. Mas encontrámos algo interessante que queremos partilhar e discutir com a comunidade científica.”
À procura de matéria escura
A matéria escura é um dos ingredientes fundamentais do Universo e a sua presença é essencial para explicar numerosas observações sobre a dinâmica e a evolução do cosmos. No entanto, a sua existência é inferida apenas através dos seus efeitos gravitacionais, nunca tendo sido detetada diretamente. As medições de elevada precisão realizadas pelo satélite Planck mostram que a matéria escura é cerca de cinco vezes mais abundante do que a matéria normal.
A colaboração LZ reúne cerca de 250 cientistas de 39 instituições, incluindo o LIP e a Universidade de Coimbra. A pesquisa por matéria escura é feita através de um grande detetor com 7 toneladas de xénon líquido ultrapuro. As partículas hipotéticas de matéria escura podem interagir com os átomos de xénon, produzindo sinais luminosos que podem ser observados pelo detetor.
Mais dados até 2028
LZ já acumulou o maior conjunto de dados dedicado à procura direta de matéria escura. A experiência continuará a operar no laboratório de SURF até 2028, recolhendo mais dados e aumentando progressivamente a sua sensibilidade. Os novos dados permitirão determinar se este interessante resultado perde significância ou, pelo contrário, é reforçado. Os investigadores de LZ continuarão a explorar estes recentes resultados.