Pesquisadores do experimento ATLAS do CERN no Large Hadron Collider apresentaram uma nova maneira de procurar matéria escura através de jatos quase visíveis, representando uma grande mudança de paradigma na área. O seu trabalho fornece novas direções e limites superiores rigorosos na busca contínua para compreender a matéria escura.
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 análise do tecido cerebral humano revelou diferenças na forma como as células imunitárias se comportam nos cérebros de pessoas com doença de Alzheimer em comparação com cérebros saudáveis, sugerindo um potencial novo alvo terapêutico.
A descoberta foi feita por pesquisa liderada pela Universidade de Washington, publicada em agosto Células da micróglia No cérebro de pessoas com doença de Alzheimer Em um estado pró-inflamatório Muitas vezes, tornando-os menos vulneráveis à protecção.
Microglia são células imunológicas que ajudam a manter nosso cérebro saudável, removendo resíduos e mantendo a função cerebral normal.
Em resposta à infecção ou para remover células mortas, estas formas elegantes e que mudam de forma podem tornar-se menos rotativas e mais móveis para engolir invasores e lixo. eles também Sinapses “podam” durante o desenvolvimentoo que ajuda a formar os circuitos que ajudam nosso cérebro a funcionar bem.
Não é certo qual o papel que desempenham na doença de Alzheimer, mas em pessoas com esta doença neurodegenerativa devastadora, algumas microglias respondem muito fortemente. Pode causar inflamação O que contribui para a morte das células cerebrais.
Para aprofundar o papel da micróglia na doença de Alzheimer, os neurocientistas Katherine Prater e Kevin Green, da Universidade de Washington, juntamente com colegas de diversas instituições dos EUA, usaram amostras de autópsias cerebrais de doadores de pesquisa – 12 com doença de Alzheimer e 10 pessoas saudáveis – para estudar a atividade da microglia do gene Small.
Usando um novo método de promoção Sequenciamento de RNA de fita simplesA equipe conseguiu identificar profundamente 10 populações diferentes de micróglia no tecido cerebral com base em seu conjunto único de expressão genética, que diz às células o que fazer.
TTrês grupos nunca haviam sido vistos antes e um deles era mais comum em pessoas com doença de Alzheimer. Este tipo de microglia contém genes que promovem inflamação e morte celular.
No geral, os investigadores descobriram que as populações de microglia nos cérebros das pessoas com doença de Alzheimer tinham maior probabilidade de estar num estado pró-inflamatório.
Isto significa que eram mais propensos a produzir moléculas inflamatórias que podem danificar as células cerebrais e possivelmente contribuir para o desenvolvimento da doença de Alzheimer.
Os tipos de microglia encontrados nos cérebros de pessoas com Alzheimer eram menos propensos a serem protetores, afetando a sua capacidade de puxar o peso, limpando células mortas e resíduos e promovendo o envelhecimento saudável do cérebro.
Micrografia de microglia (verde) de um cérebro com doença de Alzheimer. (Lexi Coquit/Laboratório de Neuroinflamação da Universidade de Wisconsin)
Os cientistas também acreditam que a microglia pode mudar de tipo ao longo do tempo. Portanto, não podemos simplesmente olhar para o cérebro de uma pessoa e dizer com certeza que tipo de micróglia ela possui; Acompanhar como as microglias mudam ao longo do tempo pode nos ajudar a entender como elas contribuem para a doença de Alzheimer.
“Neste momento, não podemos dizer se são as micróglias que estão a causar a doença ou se é a patologia que está a causar a mudança no comportamento destas micróglias.” Ele disse Prater.
Esta investigação ainda está numa fase inicial, mas avança a nossa compreensão sobre o papel destas células na doença de Alzheimer e sugere que algumas populações de microglia podem ser alvos de novos tratamentos.
A equipe espera que o seu trabalho leve ao desenvolvimento de novos tratamentos que possam melhorar a vida das pessoas com doença de Alzheimer.
“Agora que identificámos os perfis genéticos destas micróglias, podemos tentar descobrir exactamente o que fazem e, esperançosamente, identificar formas de mudar os seus comportamentos que possam contribuir para a doença de Alzheimer”, diz Prater. Ele disse.
Aglomerado de galáxias, à esquerda, com um anel de matéria escura visível, à direita. Crédito da imagem: NASA, ESA, MJ Jee e H. Ford (Universidade Johns Hopkins)
As explorações da matéria escura estão a avançar utilizando novas técnicas experimentais concebidas para detectar eixos e aproveitando a tecnologia avançada e a colaboração interdisciplinar para descobrir os segredos desta componente indescritível do universo.
Um fantasma assombra nosso mundo. Isso é conhecido na astronomia e na cosmologia há décadas. Notas eu sugiro cerca de 85% Toda a matéria do universo é misteriosa e invisível. Essas duas qualidades estão refletidas em seu nome: matéria escura.
Vários experimentos Eles pretendem descobrir os seus ingredientes, mas apesar de décadas de investigação, os cientistas não conseguiram. agora Nossa nova experiênciaem construção em Universidade de Yale Nos Estados Unidos, oferece uma nova tática.
A matéria escura existe no universo desde o início dos tempos. Junte estrelas e galáxias. Invisível e sutil, não parece interagir com a luz ou qualquer outro tipo de matéria. Na verdade, deveria ser algo completamente novo.
O Modelo Padrão da física de partículas está incompleto e isso é um problema. Temos que procurar o novo Partículas fundamentais. Surpreendentemente, as mesmas falhas do modelo padrão dão pistas preciosas sobre onde podem estar escondidas.
O problema com o nêutron
Veja o nêutron, por exemplo. Forma o núcleo atômico com o próton. Embora geralmente neutra, a teoria afirma que é composta por três partículas carregadas chamadas quarks. Por esta razão, esperamos que algumas partes do nêutron tenham carga positiva e outras negativamente – o que significa que ele teve o que os físicos chamam de momento de dipolo elétrico.
Até agora, Muitas tentativas Medi-lo levou à mesma conclusão: é pequeno demais para ser descoberto. Outro fantasma. Não estamos a falar de deficiências nos instrumentos, mas sim de um factor que deve ser inferior a uma parte em dez mil milhões. É tão pequeno que as pessoas se perguntam se poderia ser completamente zero.
Mas na física, o zero matemático é sempre uma afirmação forte. No final da década de 1970, os físicos de partículas Roberto Picci e Helen Coyne (e mais tarde Frank Wilczek e Steven Weinberg) tentaram descobrir Compreendendo a teoria e as evidências.
Eles sugeriram que o parâmetro provavelmente não é zero. Em vez disso, é uma quantidade dinâmica que perde lentamente a sua carga e depois evolui para zero. a grande explosão. Cálculos teóricos mostram que, se tal evento ocorreu, deve ter deixado para trás um grande número de partículas de luz ilusórias.
Eles são chamados de “áxions” em homenagem a uma marca de detergente porque podem “resolver” o problema dos nêutrons. E ainda mais. Se os áxions foram criados no início do universo, eles existem desde então. Mais importante ainda, as suas propriedades definem todos os elementos esperados da matéria escura. Por estas razões, os hubs tornaram-se um dos Partículas candidatas preferidas Para matéria escura.
Os áxions interagirão fracamente com outras partículas. No entanto, isso significa que eles ainda interagirão bastante. Eixos invisíveis podem se transformar em partículas comuns, incluindo – ironicamente – fótons, a essência da luz. Isto pode acontecer sob certas condições, como a presença de um campo magnético. Esta é uma dádiva de Deus para os físicos experimentais.
Design experimental
Muitos experimentos Eles tentam conjurar o fantasma de Axion em um ambiente de laboratório controlado. Alguns deles visam converter a luz em eixo, por exemplo, e depois transformar o eixo em luz do outro lado da parede.
Atualmente, a abordagem mais sensível tem como alvo o halo de matéria escura que permeia a galáxia (e, portanto, a Terra) usando um dispositivo chamado coroa. É uma cavidade condutora imersa em um forte campo magnético. O primeiro capta a matéria escura que nos rodeia (presumindo que sejam axônios), enquanto o segundo a faz se transformar em luz. O resultado é um sinal eletromagnético que aparece dentro da cavidade, oscilando em uma frequência característica dependendo da massa do áxion.
O sistema funciona como um receptor de rádio. Deve ser devidamente ajustado para interceptar a frequência de interesse. Na prática, as dimensões da cavidade são alteradas para acomodar diferentes frequências características. Se as frequências do áxion e da cavidade não corresponderem, é como sintonizar o rádio no canal errado.
O poderoso ímã é transportado para o laboratório da Universidade de Yale. Crédito: Universidade de Yale
Infelizmente, o canal que procuramos não pode ser previsto com antecedência. Não temos escolha a não ser varrer todas as frequências possíveis. É como selecionar uma estação de rádio em um mar de ruído branco – uma agulha em um palheiro – com um rádio antigo que precisa ser aumentado ou menor toda vez que giramos o botão de frequência.
Contudo, estes não são os únicos desafios. Cosmologia refere-se a Dezenas de gigahertz Como a última fronteira promissora da busca por axions. Como frequências mais altas requerem cavidades menores, a exploração dessa região exigiria cavidades muito pequenas para capturar uma quantidade significativa de sinal.
Os metamateriais são materiais compósitos com propriedades universais que diferem dos seus componentes – são mais do que a soma das suas partes. Uma cavidade preenchida com hastes condutoras tem uma frequência característica como se fosse um milhão de vezes menor, enquanto seu tamanho quase não muda. É exatamente disso que precisamos. Além disso, as barras oferecem um sistema de ajuste integrado e fácil de ajustar.
Atualmente estamos construindo a configuração, que estará pronta para receber dados em alguns anos. A tecnologia é promissora. Seu desenvolvimento foi resultado da colaboração entre físicos do estado sólido, engenheiros elétricos, físicos de partículas e até matemáticos.
A 30ª nave de carga robótica Dragon da SpaceX retornou ao seu lar na Terra.
A espaçonave Dragon partiu da Estação Espacial Internacional (ISS) hoje (28 de abril) às 13h10 EDT (1710 GMT), enquanto ambas as espaçonaves sobrevoavam a Tailândia. Era uma noite tropical naquela área, então não havia boas fotos do momento da atracação.
Dragon retornou à Terra após pousar no oceano na costa da Flórida por volta das 2h30 EDT (06h30 GMT) de terça-feira (30 de abril), confirmou a SpaceX em seu relatório. Compartilhar no X.
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A atual missão Dragon é conhecida como CRS-30, porque é a 30ª missão que a SpaceX envia à Estação Espacial Internacional sob um contrato comercial de serviços de reabastecimento com a NASA.
O lançamento do CRS-30 começou em 21 de março a bordo de um foguete SpaceX Falcon 9. A cápsula atracou no laboratório orbital em 23 de março, entregando aproximadamente 3 toneladas de instrumentos científicos e suprimentos ao laboratório orbital.
O pod também reboca carga para baixo – “mais de 4.100 libras [1,860 kilograms] “A partir de suprimentos e experimentos científicos projetados para aproveitar as vantagens do ambiente de microgravidade da estação espacial”, escreveram funcionários da NASA em um artigo. Atualizado na sexta-feira (26 de abril).
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“O lançamento na costa da Flórida permite o transporte rápido de experimentos para o Centro de Processamento de Sistemas Espaciais da NASA no Centro Espacial Kennedy, na Flórida, permitindo aos pesquisadores coletar dados com exposição mínima da amostra à gravidade da Terra”, acrescentaram.
Dragon é o único veículo de carga capaz de trazer equipamentos da Estação Espacial Internacional para casa com segurança. As outras duas espaçonaves de carga atualmente operacionais, a espaçonave Progress da Rússia e a espaçonave Cygnus da Northrop Grumman, queimam na atmosfera da Terra após a conclusão de seu trabalho em órbita.
Ainda há uma espaçonave SpaceX acoplada à ISS, mesmo após a separação do CRS-30, o veículo Dragon que voa na missão de astronauta Crew-8 da empresa para a NASA.
A Crew-8 foi lançada em 3 de março, enviando os astronautas da NASA Matthew Dominick, Michael Barratt, Janet Epps e Alexander Grebenkin da agência espacial russa Roscosmos à Estação Espacial Internacional para uma estadia de seis meses.
