Bilhar de minúsculos pêndulos podem revelar matéria escura

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Inovação tecnológica para escrever um site – 25.11.2020

Efeito gravitacional da matéria escura

Todos experimentos conduzidos até o momento para detectar matéria escura – e eram muitos – voltaram de mãos vazias, por isso ainda não entendemos o que gera a gravidade que mantém as galáxias em coesão.

A massa da matéria comum não seria suficiente para isso, o que leva os cosmologistas a estimar que existe “algo mais” que representa 27% da massa do Universo, em oposição a apenas 5% da matéria de que somos feitos e as estrelas – os outros 68% seriam energia escura. explicaria por que o Universo está se expandindo.

Na falta de resultados, os físicos rejeitam as teorias utilizadas para sustentar esses experimentos – a mais famosa delas fala em partículas conhecidas como WIMP – e vão em busca de novas explicações possíveis.

Encorajado sucesso na detecção de ondas gravitacionais, Daniel Carney e colegas da Universidade de Maryland, EUA, sugerem dois experimentos que deveriam detectar matéria escura apenas por seus efeitos gravitacionais, em oposição às tentativas de hoje de detectar partículas hipotéticas de matéria escura em uma colisão. com os produtos químicos usuais, emitindo luz ou liberando uma carga elétrica nesses choques – só para lembrar, falhou.

Sensores mecânicos de matéria escura

Considerando que as partículas de matéria escura devem ter uma massa maior do que os físicos calcularam até agora, as duas propostas incluem minúsculos dispositivos mecânicos, de cerca de um milímetro, que atuam como detectores de gravidade extremamente sensíveis. Os sensores seriam resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto para minimizar o ruído elétrico associado ao calor e proteger contra os raios cósmicos e outras fontes de radioatividade.

No primeiro cenário, uma bola de pêndulos altamente sensíveis esperaria para ser sacudida suavemente pela supressão de uma partícula escura que passasse. É basicamente uma miniaturização dos enormes sensores dos laboratórios Ligo e Virgo, que detectam ondas gravitacionais de eventos de dimensões cósmicas.

Em outra estratégia, os pesquisadores sugerem o uso de esferas levitadas por um campo magnético ou gotículas levitadas por um laser. Neste esquema, a levitação é desligada assim que o experimento começa, para que as bolas ou gotículas fiquem em queda livre. A gravidade da partícula escura que passa perturbaria ligeiramente o caminho do objeto em queda livre. Repita esta exaustão e provavelmente é hora de descobrir uma dessas possíveis partículas.

Dois experimentos seriam sensíveis a partículas que variam de cerca de 1/5000 miligramas a alguns miligramas. Esta escala de massa é especialmente interessante porque abrange os chamados Massa de Planck, a quantidade de massa determinada por apenas três constantes fundamentais da natureza e é equivalente a aproximadamente 1/5000 gramas.

“Usamos o movimento do objeto como um sinal”, explicou o membro da equipe Jacob Taylor. “Isso é diferente de essencialmente todos os detectores de física de partículas ao redor.”

Lado escuro e claro

Os pesquisadores calculam que seria necessário construir uma matriz de cerca de um bilhão de minúsculos sensores mecânicos, dispostos em um metro cúbico, para distinguir uma partícula de matéria escura verdadeira de uma partícula normal ou sinais elétricos aleatórios aleatórios ou “ruído”, disparando um alarme falso nos sensores.

Partículas subatômicas convencionais, como nêutrons (que agem por meio da força gravitacional), não afetariam os detectores. Por outro lado, a equipe espera que a partícula de matéria escura, que está zunindo pela série como um asteróide em miniatura, sacuda gravitacionalmente todos os detectores em seu caminho, um após o outro, o que tem a vantagem adicional de detectar a direção do movimento. partículas de matéria escura.

Para produzir tantos sensores minúsculos, a equipe sugere o uso das mesmas técnicas que as indústrias automotiva e móvel já usam para produzir um grande número de detectores mecânicos.

E, graças à sensibilidade dos detectores individuais, os sensores não ficarão limitados ao lado escuro da matéria – uma versão do mesmo experimento em menor escala poderia detectar forças fracas de ondas sísmicas distantes, bem como a passagem de partículas subatômicas comuns, como neutrinos e fótons de baixa energia.

“Estamos estabelecendo uma meta ambiciosa de construir um detector de matéria escura por gravidade, mas a pesquisa e o desenvolvimento necessários para alcançar isso abririam a porta para muitas outras medições de detecção e metrologia”, disse Carney.

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