Um ímã do tamanho de um grão ficou flutuando no frio extremo à espera de uma batida de matéria escura

Experimento com um ímã levitado sobre um supercondutor abriu uma nova faixa de busca por candidatos extremamente pesados

Whastapp Facebook Linkedin Twitter COMPARTILHAR Um pequeno ímã permanente, aproximadamente do tamanho de um grão de areia, ficou suspenso sem contato mecânico sobre uma armadilha supercondutora resfriada perto do zero absoluto. O objetivo era detectar matéria escura ultra pesada não por luz ou calor, mas pelo minúsculo impulso que uma partícula hipotética poderia transmitir ao atravessar o sensor. O experimento POLONAISE, liderado por pesquisadores da Rice University e da Universidade de Leiden, não encontrou sinal de matéria escura, mas abriu uma região de massas antes praticamente inacessível a detectores levitados.

A maioria das buscas experimentais procura candidatos com massas relativamente próximas das escalas estudadas pela física de partículas. Entretanto, alguns modelos permitem objetos de matéria escura muito mais pesados, chegando a massas macroscópicas. Quanto mais pesado o candidato, menor seria seu fluxo pela Terra, tornando necessária uma estratégia capaz de reconhecer eventos individuais extremamente raros.

Nesse cenário, o detector não procura uma sequência contínua de interações. Ele espera uma espécie de “batida”: uma transferência súbita de momento produzida caso uma partícula atravesse o ímã e interaja com seus constituintes. Para isso funcionar, movimentos causados por vibração, ruído térmico e outras perturbações precisam ser reduzidos ao mínimo.

O experimento usa um ferromagneto de escala milimétrica e massa da ordem de miligramas, mantido em levitação dentro de uma armadilha supercondutora. Como não existe contato direto com um suporte sólido, grande parte do atrito mecânico desaparece. O sistema atingiu sensibilidade de força de aproximadamente 0,07 femtonewton por raiz de hertz.

Os pesquisadores conseguiram resolver deslocamentos extremamente pequenos e procurar impulsos da ordem de 1 TeV/c em momento. Cerca de um mês de medições foi coletado, com atenção especial aos períodos noturnos mais silenciosos, quando vibrações ambientais e atividades ao redor do laboratório diminuíam.

Este vídeo do Fermilab explica por que cientistas procuram matéria escura e como diferentes experimentos tentam detectá-la.

A análise investigou candidatos com massas entre aproximadamente 10⁶ e 10¹⁵ GeV/c², cobrindo nove ordens de magnitude. Em comparação com buscas anteriores envolvendo partículas levitadas, o novo método ampliou em vários milhões de vezes a massa dos candidatos que podem ser examinados experimentalmente.

Esses candidatos continuam hipotéticos. A análise assumiu um modelo em que a matéria escura interage com nêutrons por meio de um novo mediador leve. Por isso, os limites obtidos não significam que toda forma possível de matéria escura nessa faixa de massa tenha sido excluída.

Nenhum evento apresentou evidência convincente de uma interação de matéria escura ultra pesada.