Os pesquisadores estão estudando se as partículas de matéria escura são realmente produzidas dentro de um jato de partículas do Modelo Padrão.

A existência de matéria escura é um mistério de longa data em nosso universo. A matéria escura representa cerca de um quarto do nosso universo, mas não interage significativamente com a matéria normal. A existência de matéria escura foi confirmada por uma série de observações astrofísicas e cosmológicas, incluindo imagens impressionantes recentes obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb. No entanto, até à data, nenhuma observação experimental da matéria escura foi relatada. A existência de matéria escura tem sido uma questão que cientistas e astrofísicos de alta energia de todo o mundo têm investigado há décadas.

Avanços na pesquisa da matéria escura

“É por isso que conduzimos pesquisas científicas básicas, para explorar os segredos mais profundos do universo. O Grande Colisor de Hádrons está em CERN “É a maior experiência já criada, e as colisões de partículas que criam condições semelhantes às do Big Bang podem ser exploradas para procurar sinais de matéria escura”, diz o professor Deepak Kar, da Escola de Física da Universidade de Witwatersrand, em Joanesburgo. África do Sul. .

Uma representação gráfica de como os jatos quase visíveis apareceriam no detector ATLAS se existissem. Crédito: CERN

Trabalhando na experiência ATLAS no CERN, Carr e a ex-aluna de doutoramento Sukanya Sinha (agora investigadora de pós-doutoramento na Universidade de Manchester), conceberam uma nova forma de procurar matéria escura. Sua pesquisa foi publicada na revista, Letras B de Física.

Uma nova abordagem para detectar matéria escura

“Tem havido um grande número de pesquisas de matéria escura no LHC ao longo das últimas décadas, e elas têm-se concentrado em partículas massivas de interação fraca, chamadas WIMPs”, diz Carr. “WIMPS são uma das classes de partículas que supostamente explicam a matéria escura porque não absorvem ou emitem luz e não interagem fortemente com outras partículas. No entanto, como nenhuma evidência da existência de WIMPs foi encontrada até agora, nós percebeu que a busca pela matéria escura precisava de um salto quântico.

Dr. Sukanya Sinha e Professor Deepak Kar. Crédito: Universidade Wits

“O que nos perguntávamos era se as partículas de matéria escura estão realmente sendo produzidas dentro de um fluxo de partículas do Modelo Padrão”, disse Carr. Isto levou à descoberta de uma nova assinatura de detector conhecida como jatos quase visíveis, que os cientistas nunca tinham observado antes.

Colisões de prótons de alta energia freqüentemente produzem sprays paralelos de partículas, coletadas nos chamados jatos, a partir do decaimento de quarks ou glúons comuns. Fluxos semivisíveis podem surgir quando quarks escuros virtuais decaem parcialmente em quarks do Modelo Padrão (partículas conhecidas) e parcialmente em hádrons escuros estáveis ​​(a “parte invisível”). Por serem produzidos em pares, geralmente junto com jatos de modelo padrão adicionais, surge um desequilíbrio ou perda de energia no detector quando todos os jatos não estão perfeitamente equilibrados. A direção da energia perdida geralmente corresponde a um dos jatos quase visíveis.

Isso torna muito difícil a busca por jatos quase visíveis, já que essa assinatura de evento também pode surgir devido a jatos medidos incorretamente no detector. O novo método de busca de matéria escura de Carr e Sinha abre novos rumos na busca pela existência de matéria escura.

“Embora a minha tese de doutoramento não contenha uma descoberta da matéria escura, ela estabelece os primeiros e bastante rigorosos limites superiores a este modo de produção e já está a inspirar novos estudos”, diz Sinha.

A colaboração ATLAS no CERN destacou este como um dos principais resultados a ser anunciado nas conferências de verão.

Referência: “Investigação da produção não ressonante de jatos quase visíveis usando dados ATLAS Run 2” por The ATLAS Collaboration, 11 de novembro de 2023, Letras B de Física.
doi: 10.1016/j.physletb.2023.138324

Experimentos no Grande Colisor de Hádrons na Europa, como o calorímetro ATLAS mostrado aqui, fornecem medições mais precisas de partículas fundamentais. Fonte da imagem: Maximilian Price, CERN

Experiência Atlas

A experiência ATLAS é um dos empreendimentos científicos mais importantes do CERN, a Organização Europeia para a Investigação Nuclear. É uma parte fundamental do Large Hadron Collider (LHC), o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo. Localizado perto de Genebra, o ATLAS, que significa “A Toroidal LHC ApparatuS”, concentra-se na exploração de aspectos fundamentais da física.

ATLAS foi projetado para explorar uma ampla gama de questões científicas. Procura compreender as forças fundamentais que moldaram o nosso mundo desde o início dos tempos e que determinarão o seu destino. Um de seus principais objetivos é estudar o bóson de Higgs, a partícula associada ao campo de Higgs, que dá massa a outras partículas. A descoberta do bóson de Higgs em 2012, um esforço conjunto entre o ATLAS e o experimento CMS (Compact Muon Solenoid), foi um marco na física.

A experiência também procura sinais de uma nova física, incluindo as origens da massa, dimensões extras e partículas que poderiam constituir a matéria escura. O ATLAS faz isso analisando as inúmeras partículas produzidas quando os prótons colidem quase à velocidade da luz dentro do LHC.

O próprio detector ATLAS é uma maravilha tecnológica. É enorme, medindo cerca de 45 metros de comprimento, 25 metros de diâmetro e pesando cerca de 7.000 toneladas. O detector consiste em diferentes camadas, cada uma projetada para detectar diferentes tipos de partículas resultantes de colisões próton-próton. Inclui uma gama de tecnologias: rastreadores para detectar trajetórias de partículas, calorímetros para medir sua energia e espectrômetros de múons para identificar e medir múons, um tipo de elétron pesado que é fundamental para muitas pesquisas em física.

Os dados coletados pelo ATLAS são enormes, muitas vezes descritos em petabytes. Estes dados são analisados ​​por uma comunidade global de cientistas, contribuindo para a nossa compreensão da física fundamental e potencialmente levando a novas descobertas e tecnologias.

A NASA compartilhou outra maravilha do espaço – a galáxia espiral, também conhecida como “galáxia oculta”. A galáxia capturada pelo Hubble está localizada a cerca de 11 milhões de anos-luz da Terra. Esta imagem impressionante foi obtida pela missão Euclid da Agência Espacial Europeia.

“A galáxia espiral acima, também conhecida como ‘galáxia oculta’, é a primeira de cinco imagens divulgadas pela missão Euclides”, escreveu a NASA na legenda no Instagram. A agência espacial também afirmou que a galáxia está localizada a cerca de 11 milhões de anos-luz da Terra e que “está atrás de um aglomerado de poeira na Via Láctea”.

Uma galáxia espiral normalmente contém um disco giratório com “braços” espirais curvando-se para fora de uma região central densa. A Via Láctea também é uma galáxia espiral.

Uma grande galáxia espiral aparece de frente nas cores branco/rosa no centro desta imagem astronômica quadrada.

Veja a postagem aqui:

As fotos foram publicadas há 5 horas, e receberam mais de 2 mil curtidas no Instagram. Os entusiastas do espaço ficaram completamente hipnotizados depois que a NASA compartilhou a foto.

“Isso daria uma decoração de Natal de outro mundo! Temos certeza de que as pessoas economizarão espaço em suas árvores para uma”, escreveu um usuário.

Outro usuário comentou: “Este telescópio produzirá grande ciência!”

O terceiro usuário escreveu: “Uau, isso é o que todo mundo precisa ver antes de ir para a cama! Esses são os sonhos de todo mundo”.

Um quarto usuário comentou: “Isso é incrível! O centro parece um olho.

O quinto usuário escreveu: “É lindo e incrível! Estamos aguardando o lançamento do telescópio espacial romano da NASA para descobrir os segredos do universo! E vemos a cooperação desses telescópios incríveis!”

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