A busca pela matéria escura é uma das principais missões da humanidade nas últimas décadas. A matéria escura pode ser detectada por seu efeito gravitacional, já que os cálculos demonstram sua existência. Porém, ela não interage com a matéria bariônica (a matéria “comum”) de nenhuma outra maneira. Dessa maneira, não podemos enxergá-la, tocá-la ou detectá-la de forma alguma.
Desde que foi descoberta por meio de inconsistência na formação de galáxias, principalmente, ocorre uma incansável busca pela matéria escura, que leva esse nome por sua “invisibilidade”, já que está escondida para nós.
O CERN, sigla para European Organization for Nuclear Research (ou Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, no português), é um dos maiores centros de pesquisas do mundo, e possui, entre diversas outras, pesquisas para entender melhor o cosmos.
Um dos experimentos do CERN é o NA64, que visa a busca de partículas que poderiam compor a matéria escura.
Segundo o site do CERN: “O principal objetivo do experimento NA64 é procurar partículas desconhecidas de um hipotético “setor escuro”. Essas partículas poderiam ser fótons escuros, que carregariam uma nova força entre a matéria visível e a matéria escura, além da gravidade, ou poderiam compor a própria matéria escura”.
“Para essas buscas, o NA64 direciona um feixe de elétrons de energia de 100 a 150 GeV do Síncrotron Super Próton (SPS) para um alvo fixo”, diz o site.
O experimento ocorre desde 2016, mas recentemente começou a utilizar um feixe de múons, que são partículas semelhante aos elétrons e mais “pesadas” do que seu irmão. A ideia é encontrar partículas que interagem predominantemente com os múons.
Dessa maneira, os pesquisadores poderiam resolver dois grandes problemas de uma vez. Encontrar a matéria escura e explicar um problema em relação ao momento magnético do múon, que não é como deveria ser.
Agora, no mês de maio, uma equipe de pesquisadores publicou um artigo no periódico Physical Review Letters onde exploram os primeiros resultados do feixe de múons.
“Nós relatamos a primeira busca por setores escuros realizada no experimento NA64 empregando um feixe de múons de alta energia e uma técnica de energia-momento ausente”, explica a equipe no abstrato do artigo.
“Nossos resultados abrem caminho para explorar setores escuros e matéria escura clara com feixes de múons de forma única e complementar a outros experimentos”.
NA64 na busca pela matéria escura
A busca pela matéria escura tem que ser paciente. Embora não tenham a encontrado ainda, os experimentos não são um fracasso, mas sim uma oportunidade de melhoria para refiná-los, assim permitindo uma busca mais filtrada.
“Os múons espalhados pelos núcleos no alvo poderiam produzir um hipotético bóson escuro Z’, seguido por seu decaimento invisível em um par de neutrinos ou um par de candidatos à matéria escura, dependendo do modelo subjacente”, diz em um comunicado do CERN a coordenadora técnica adjunta Laura Molina Bueno. “A assinatura dessa produção seria a falta de energia e impulso em nossos detectores”.
“O uso de um feixe de múons abre uma nova janela para explorar outros novos cenários físicos bem motivados, como modelos de fótons escuros de referência, portais escalares, partículas milicarregadas ou processos de violação do sabor lépton”, diz no comunicado o co-porta-voz da NA64, Paolo Crivelli.
Os pesquisadores puderam estabelecer uma nova janela.
“Como nenhum evento correspondente a essas condições foi observado na região de sinal esperada, os pesquisadores foram capazes de excluir essa região e concluir que, para o primeiro modelo, a única janela de massa possível para um bóson escuro Z’ explicar a anomalia do múon g-2 é de 6 MeV até 40 MeV”, diz o comunicado.
