Matéria escura: Portugal trabalha sobre projecto internacional

Notas do episódio

Várias observações do Universo indicam que a matéria escura é um ingrediente fundamental do cosmos: é cerca de cinco vezes mais abundante do que a matéria normal e contribui para manter as galáxias coesas. Apesar disso, a sua detecção directa é um grande desafio, uma vez que as partículas que a constituem não emitem nem interagem com a luz. A RFI falou com Isabel Lopes, responsável do grupo Matéria Escura na Universidade de Coimbra. E se alguém lhe dissesse que tudo aquilo que conseguimos ver no Universo representa apenas cerca de 5% do que existe? Os outros 95% seriam, pois, matéria escura. A experiência LUX-ZEPLIN é uma colaboração internacional com 250 cientistas e engenheiros de 37 instituições dos Estados Unidos, Reino Unido, Portugal, Suíça, Austrália e Coreia do Sul. A investigadora Isabel Lopes é responsável do grupo Matéria Escura do LIP, o Laboratório de instrumentação e física experimental de partículas, da Universidade de Coimbra. Ela começa por explicar o âmbito da experiência LUX-ZEPLIN. Essa experiência tenta detectar as partículas, hipotéticas porque não sabemos se elas sequer existem, que constituirão a matéria escura. A matéria normal, nós sabemos que é feita de partículas, então nós pomos a hipótese de que a matéria escura também seja feita de partículas. Só que não podem ser estas partículas que nós conhecemos. As propriedades da matéria escura não são de molde a serem compatíveis com as propriedades das partículas que nós conhecemos. De modo que são partículas desconhecidas. E então a experiência LUX-ZEPLIN tem um enorme detector numa antiga mina de ouro, a 1,7 quilómetros de profundidade, a ver se consegue detectar partículas dessa matéria escura que venham da periferia da nossa galáxia. Porque é que o detector está enterrado tão fundo? Estas partículas da matéria escura, nós sabemos que têm pouca probabilidade de interagir com a matéria normal, portanto, com o detector. Ao mesmo tempo, por exemplo, aqui à superfície da Terra, temos imensas outras partículas que vêm da atmosfera, que vêm dos materiais, até nós próprios irradiamos partículas. E, portanto, seria impossível distinguir, no meio de tanta partícula a interagir no detector, aquelas que nós procuramos, que são muito raras. Por isso, vamos lá para baixo, e assim, no nosso detector só vamos ver os sinais das partículas de matéria escura, quando eles aparecerem claro. Para tentar ver estes sinais, utilizam o xénon líquido. O que é e porque é importante nessa pesquisa? Pois são dez toneladas de xénon líquido e como a probabilidade destas partículas interagirem é muito pequena, nós temos que aumentar a massa das nossas partículas normais. São os átomos de xénon líquido, compostos por electrões, protões e neutrões. Por isso temos que ter muitos desses átomos. O xénon é bom porque ele tem um gás inerte, não é perigoso. Portanto daí a escolha do xénon. E é líquido porque sendo líquido é muito mais denso que sendo gás. Densidade significa que temos mais partículas por unidade de volume. E, portanto, conseguimos maior probabilidade de observar as tais partículas da matéria escura. Se uma partícula de matéria escura atravessar o detector, o que acontece exactamente? Vemos um sinal eléctrico, não no xénon directamente. No xénon directamente, essa partícula vai alterar os átomos, vai produzir luz. E essa luz que é uma luz no ultravioleta, vai ser detectada por uns sensores que nós temos no detector, no pote, digamos assim, cheio de xénon líquido. Temos um conjunto de sensores de luz no topo e na base. E então esta luz é detectada por esses sensores. Esses sensores convertem a luz num sinal eléctrico e o que nós vimos é nos computadores um sinal eléctrico. Depois há todo o trabalho de ver se o sinal eléctrico observado é compatível com que nós esperamos da partícula da matéria escura. E aí entra a física. Se o encontrassem matéria escura, o que mudaria na física? Isso me ajudaria imenso, porque é um mistério enorme. Termos provas de que exista matéria escura, que não só existe como é 90% de toda a massa do universo. Nós temos aqui na nossa galáxia toda um halo de matéria escura à volta da parte luminosa e que não sabemos o que é. E, portanto, além disso, seriam partículas novas, totalmente desconhecidas. Iremos ter que estudar todas estas partículas e ver se compreendemos o comportamento dessas massas. Era realmente uma revolução. Ao contrário, se o LUX-REPLIN terminar sem encontrar matéria escura, significa que não existe ou que temos de a procurar de outra forma? Já está a ser desenhado um detector ainda maior, também de xénon líquido, muito parecido com LUX-ZEPLIN, porque o tamanho importa muito. Portanto já está a ser desenhado esse detector que se chama XLZD. Essa é a fase seguinte. Prevê-se que esteja pronto para 2030, 2031 e depois, se esse não der, então temos que procurar outras maneiras. Nesses projetos, qual é o papel de Portugal? Há só uma instituição em Portugal a participar que é o LIP. E então nós fomos responsáveis e mantemos a manutenção. Fomos nós que desenhámos e construímos, digamos, o cérebro da experiência que se chama o sistema de controlo, que é o sistema, como o nome indica, que controla as várias partes do detector e toma a acção quando ela é necessária. Por exemplo, estas dez toneladas de xénon estão sempre a circular, não estão quietinhas no detector. Isso obriga a que abram e fechem as torneiras e sejam lidos muitos sensores. Esta experiência tem 10.000 sensores, para além dos sensores de luz, têm 10.000 sensores de pressão, temperatura porque o cheiro só é liquido a -100 graus. Também fizemos um sistema todo software para ir analisando os dados da experiência, ou seja, os sinais dos sensores de luz para ver se está tudo a correr bem. Isso é bastante complexo porque nós temos que ter a certeza que o detector está estável a um nível muito elevado. A precisão tem que ser muito grande. E agora somos responsáveis por analisar os dados à procura do tal sinal da matéria escura. Temos uma parte dessa tarefa. Portanto, temos várias valências. É um grupo que não é muito grande. Tem 12 pessoas, entre investigadores e estudantes. Fizeram uma operação de 417 dias entre 2023 e 2025, na qual não encontraram matéria escura, mas aprenderam muito. Considera que é um sucesso? Ah sim é um sucesso. Ela foi um sucesso. Nós já temos resultados posteriores a estes, mas estes foram um sucesso porque não só mostraram que era possível operar um detector tão grande. E, por outro lado, ficámos a saber um pouco mais da matéria escura, quanto, por exemplo, a sua potencial massa. Era Isabel Lopes, investigadora e responsável do grupo Matéria Escura do LIP da Universidade de Coimbra, que nos acompanhou neste magazine de Ciência.