Uma equipa internacional de investigadores anunciou “um surpreendente número de eventos” registados pela experiência XENON1T, que é o sistema actualmente mais sensível na detecção de matéria escura. Mas esta detecção ainda não significa a descoberta desta forma de matéria invisível.

“A natureza destes eventos não está, porém, ainda totalmente deslindada, não se declarando por isso a descoberta da matéria escura”, sublinha em comunicado desta quarta-feira a Universidade de Coimbra, que tem cinco investigadores incluídos nesta equipa internacional.

“A sua assinatura é semelhante à produzida por quantidades residuais de trítio (um átomo de hidrogénio com dois neutrões e um protão no núcleo), mas pode ser também sinal de algo muito mais importante: a existência de um novo tipo de partícula denominado ‘axião solar’ ou de propriedades até agora desconhecidas dos neutrinos”, refere o comunicado.

O XENON1T esteve em operação entre 2016 e 2018 em Itália, no laboratório subterrâneo de Gran Sasso (Itália), debaixo de 1300 metros de rocha.

Projectado para a detecção extremamente rara de matéria escura, este “sistema de altíssima sensibilidade mostrou já conseguir registar outros eventos de muito difícil detecção”.

Em 2019, foi publicada na revista Nature “a medida directa conseguida com este sistema, pela primeira vez na história, do decaimento nuclear mais raro no Universo”, exemplifica a Universidade de Coimbra no comunicado.

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O sistema XENON1T usa como alvo duas toneladas de xénon ultrapurificado. “Uma radiação ao passar pelo alvo pode gerar, em geral, sinais ínfimos de luz e carga. A esmagadora maioria destes sinais (mais de 99,9%) deve-se a radiações de origem conhecida, o que permite aos cientistas calcular com grande precisão o número de eventos esperado. E aqui observaram-se mais 22,8% eventos em relação ao previsto”, refere José Matias-Lopes, investigador do Laboratório de Instrumentação, Engenharia Biomédica e Física da Radiação (LIBPhys) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra e coordenador da equipa portuguesa no projecto.

Uma possível explicação “terá a ver com a presença de trítio, um isótopo radioactivo do hidrogénio”, esclarece José Matias-Lopes, citado no comunicado.

“Alguns átomos de trítio em dez biliões de biliões de átomos de xénon seriam o suficiente para justificar o excesso de eventos registados”, mas “não existe ainda forma de medir estas tão ínfimas concentrações e assim confirmar esta hipótese”.

Outra possibilidade, “muitíssimo mais interessante, é a existência de um novo tipo de partícula”, refere José Matias-Lopes. “De facto, o excesso de eventos observados tem energias similares às que se esperam para os axiões produzidas no Sol.”

Os axiões são partículas previstas teoricamente, tendo o Sol condições para ser uma fonte intensa deles. Embora os axiões não sejam matéria escura, “o seu avistamento seria o primeiro de uma nova classe de partículas cuja existência é solidamente apoiada pelos estudos teóricos”, afirma a universidade, destacando que “esta descoberta teria um forte impacto no avanço do conhecimento, não só da astrofísica, mas também da própria física”. Adicionalmente, “os axiões produzidos no início do Universo podem também explicar a origem da matéria escura”.

A terceira e última explicação avançada para o excesso observado tem origem nos neutrinos, que passam aos biliões pelo nosso corpo a cada segundo, sem deixar rasto.

A confirmar-se esta hipótese, “o momento magnético (uma característica de todas as partículas) dos neutrinos teria de ser superior ao valor previsto pela teoria”, o que “obrigaria à necessidade de criar novos paradigmas e modelos físicos capazes de o explicar”, nota ainda a universidade.

Das três explicações consideradas pelos cientistas da colaboração XENON, “a mais favorecida em termos estatísticos é a dos axiões solares, com uma probabilidade de cerca de 99,98% de que os sinais sejam desta origem”, revela José Matias-Lopes. Mas, adverte o investigador, “mesmo com este elevado grau de probabilidade, não se pode declarar descoberta”.

As outras duas possibilidades, trítio ou neutrinos com maior momento magnético, têm também uma elevada probabilidade, em cerca de 99,93% em ambos os casos, de estarem na origem do excesso observado.

O XENON1T vai ser substituído por um novo sistema de detecção ainda mais sensível, o XENONnT, que deverá entrar em funcionamento este Verão. Os cientistas prevêem ter, dois ou três meses depois, a confirmação da origem deste sinal – “se se deve a um contaminante ou, então, a algo verdadeiramente revolucionário: uma nova partícula ou tipo de interacção que vai para além daquilo que já se conhece”.

Aproximam-se assim “tempos de grandes avanços e de descobertas que levam a largos passos em frente no conhecimento da humanidade”, sustenta o consórcio XENON.

Este consórcio é constituído por 163 cientistas de 28 grupos de investigação dos EUA, Alemanha, Portugal, Suíça, França, Holanda, Suécia, Japão, Israel e Abu Dhabi. Portugal é parceiro desta colaboração desde o seu início, em 2005, através da equipa do LIBPhys da Universidade de Coimbra.