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Os cientistas estão à procura de pistas sobre um dos mistérios mais duradouros do Universo, num local improvável, à medida que formações geológicas com milhares de milhões de anos se tornaram um novo alvo na a busca pela matéria escura.
O esforço, liderado por físicos da Virginia Tech, propõe que as evidências das interações da matéria escura com a Terra ao longo do tempo podem ser descobertas através de pistas sutis deixadas em antigas formações rochosas.
“É uma loucura,” disse o físico teórico de partículas Patrick Huber, que é o Diretor do Centro de Física de Neutrinos da Virginia Tech. “Quando ouvi pela primeira vez sobre essa ideia, pensei: isso é uma loucura. Eu quero fazer isso.
Agora, Huber e a sua equipa esperam revelar que as formações rochosas que se originaram há milhares de milhões de anos – normalmente o foco dos geólogos – poderão em breve provar ter uma dupla utilização como improváveis detectores naturais de matéria escura.
A caça à matéria escura
Os cientistas tiveram pouco sucesso em fazer detecções diretas de matéria escura, um hipotético material não luminoso que, no entanto, os físicos esperam que compreenda cerca de 85% da massa do nosso Universo. Apesar de décadas de experiências destinadas a revelá-la, esta misteriosa matéria invisível permanece ilusória.
Embora grande parte da busca pela matéria escura permaneça focada no cosmos distante, Huber e seus colaboradores decidiram adotar uma abordagem diferente: uma que olharia para dentro da Terra, e não além dela, em busca da evidência há muito procurada deste misterioso “desaparecido”. ” matéria.
Especificamente, evidências de interações com a matéria escura podem ser encontradas escondidas em algumas das formações rochosas mais antigas da Terra, uma hipótese que Huber e a sua equipa estão agora a explorar com a ajuda de financiamento da Fundação Nacional de Ciência e da Administração Nacional de Segurança Nuclear.
A abordagem, embora pouco ortodoxa em comparação com esforços anteriores destinados a revelar a matéria mais evasiva do cosmos, merece consideração, dado que apenas cerca de 5% do Universo se enquadra nas porções que os astrónomos podem observar facilmente. Embora a matéria escura que compreende a maior percentagem restante do Universo não possa ser vista diretamente, a sua influência gravitacional no cosmos circundante pode ser inferida a partir do comportamento das galáxias e de outros objetos celestes.
Na mesma linha, se a Terra também foi afectada pela influência da matéria escura nos seus 4,6 mil milhões de anos de história, poderia haver evidências destas interacções antigas deixadas dentro de estruturas minerais nas profundezas do solo.
Uma busca cara pela matéria escura
Graças a um prémio de Investigação de Convergência Crescente no valor de 3,5 milhões de dólares concedido pela National Science Foundation, o ambicioso plano de procurar nas profundezas da Terra provas de um mistério cósmico de longa data estará em breve em andamento, com financiamento adicional fornecido pela Administração Nacional de Segurança Nuclear.
O esforço de pesquisa incluirá a construção de um novo laboratório em Robeson Hall, na Virginia Tech, que será projetado exclusivamente de acordo com as necessidades do ambicioso projeto de Huber.
Cientistas como Huber conhecem muito bem os tipos de desafios que tal investigação pode apresentar. Como a matéria escura interage apenas fracamente com formas comuns de matéria, a deteção do material invisível é notoriamente difícil e, até à data, não foi encontrada nenhuma evidência direta da sua existência. Ainda assim, várias anomalias observadas em todo o cosmos, incluindo a rotação das galáxias a taxas que excedem o que deveria ocorrer com base apenas na sua massa visível, mantiveram viva a busca pela matéria escura.
À altura do desafio, Huber e a sua equipa planeiam empregar tecnologia de imagem avançada para os ajudar a procurar evidências de rastos microscópicos de danos resultantes de colisões entre a matéria escura e a estrutura cristalina de minerais antigos.
Uma abordagem inovadora
Em teoria, quando partículas de matéria escura de alta energia colidem com o núcleo de outras partículas localizadas nas rochas, é produzido um efeito de recuo, que deveria deslocar o núcleo e produzir um defeito estrutural microscópico.
Vsevolod Ivanov, um dos colaboradores de Huber no projecto, disse que a equipa planeia procurar evidências de tais defeitos em cristais antigos, que foram expostos a colisões com vários tipos diferentes de partículas ao longo dos vastos períodos de tempo que decorreram desde a sua criação.
“Pegaremos um cristal que foi exposto a diferentes partículas durante milhões de anos e subtrairemos as distribuições que correspondem às coisas que conhecemos”, disse Ivanov em comunicado.
“O que resta deve ser algo novo, e isso pode ser a matéria escura”, diz ele.
Um desafio adicional surge na busca por rochas adequadas que possam ser identificadas como prováveis “detectores” naturais de matéria escura. Um problema envolve como o decaimento radioativo que ocorre nas profundezas da Terra pode às vezes afetar as estruturas cristalinas. Para ajudar a encontrar rochas que não foram impactadas pela radiação de fundo, o ilustre professor universitário Robert Bodnar, recentemente nomeado para a Academia Nacional de Ciências, planeia trabalhar ao lado da equipa de Huber para ajudar a encontrar amostras que mostrem sinais mínimos de tal influência baseada na Terra.
Capturando Imagens do Invisível
Atualmente, a equipe de Huber anunciou uma parceria com o Instituto de Pesquisa do Cérebro da Universidade de Zurique, uma colaboração que facilitará tecnologias de imagem de última geração para o projeto. Com capacidades de imagem 3D originalmente desenvolvidas para a análise do sistema nervoso de animais, os primeiros esforços através da colaboração já revelaram imagens de rastros de partículas de alta energia detectadas em cristais sintéticos de fluoreto de lítio.
O fluoreto de lítio, que infelizmente não é uma substância ideal para uso na busca de interações com a matéria escura, foi selecionado para esses primeiros testes de imagens porque possui qualidades benéficas que o tornam ideal para criar uma linha de base para os tipos de sinais promissores que a equipe espera. encontrar.
Mesmo para além da busca pela matéria escura, a nova abordagem da equipa para resolver este mistério poderá ter outras aplicações úteis. Por exemplo, as novas capacidades de imagem que planeiam utilizar também poderiam ser utilizadas na promoção da transparência nuclear, particularmente com dispositivos concebidos para a monitorização compacta de reactores nucleares.
Huber e a sua equipa estão esperançosos de que, pensando fora da caixa, a sua nova abordagem poderá ser aquela que acabará por revelar a extensão da influência da matéria escura na Terra durante longos períodos e, em última análise, uma descoberta que poderá oferecer novas perspetivas sem precedentes sobre a sua natureza. papel na formação da estrutura do universo.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe seu trabalho em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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