A Universidade de Coimbra, através do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), participou na colaboração internacional LUX-ZEPLIN que conseguiu observar pela primeira vez interações de neutrinos solares com núcleos atómicos e estabeleceu os melhores limites na procura por matéria escura de baixa massa.
O Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) é membro fundador da colaboração internacional LUX-ZEPLIN.
"A existência e a natureza da matéria escura são questões fundamentais para a compreensão do Universo. Ainda não a conseguimos observar diretamente, mas estes resultados permitem-nos compreender melhor como poderá interagir com a matéria normal" afirmou Isabel Lopes, professora da FCTUC e investigadora do LIP, que lidera o grupo português na colaboração internacional.
Segundo a UC, os resultados representam um marco na física de partículas e abrem uma nova janela para o estudo do interior do Sol.
O que são neutrinos?
Neutrinos são partículas subatómicas com uma massa extremamente pequena e que quase não interagem com a matéria, o que torna a sua deteção muito complicada.
Embora estejam por todo o lado, passando até pelo nosso corpo sem que nos apercebamos, os cientistas acreditam que os neutrinos podem conter informações valiosas sobre o funcionamento do universo, desde as supernovas (explosões estelares) até ao processo de fusão nuclear no interior das estrelas.
A primeira “evidência” de um sinal de CEvNS de neutrinos extraterrestres
A experiência LZ estabeleceu os limites mais restritivos conhecidos para partículas de matéria escura do tipo WIMPs (weakly interacting massive particles), em particular para massas inferiores a 9 GeV/c², após a análise do maior conjunto de dados obtidos por um detetor de matéria escura, durante 417 dias de operação, entre março de 2023 e abril de 2025.
A sensibilidade do detetor permitiu também observar, pela primeira vez, interações de neutrinos solares com núcleos atómicos, através do processo conhecido como espalhamento coerente elástico de neutrinos com o núcleo (CEvNS).
LZ é a primeira experiência a observar este processo em neutrinos solares com uma significância de 4,5 sigma, acima do limite de 3 sigma tradicionalmente usado para considerar uma observação como "evidência".
O novo resultado é a primeira "evidência" de um sinal de CEvNS de neutrinos extraterrestres.
De acordo com o investigador do LIP e vice-coordenador de física da colaboração LZ, Paulo Brás, a novidade não é apenas a deteção de neutrinos solares, mas o mecanismo extremamente subtil pelo qual foram observados.
"Estamos a falar de apenas alguns fotões e eletrões por interação, o que demonstra a extraordinária sensibilidade do detetor LZ", sublinhou.
A colaboração LZ é composta por cerca de 250 cientistas e engenheiros de 37 instituições dos Estados Unidos, Reino Unido, Portugal, Suíça, Austrália e Coreia do Sul.
A LZ irá continuar a recolher dados até 2028, tendo como objetivo atingir 1.000 dias de aquisição, aprofundando a exploração de massas de WIMPs ainda mais baixas.
O que é matéria escura
Embora o nome pareça ameaçador, a verdade é que o termo “escuro” (ou "negro") é usado porque a sua composição é desconhecida e não parece interagir com a luz como outras matérias - não emite, não reflete, não absorve qualquer parte do espectro eletromagnético - o que faz com que a substância seja difícil de caracterizar.
Estima-se que cerca de 85% da matéria no Universo é matéria escura, mas a sua natureza permanece um grande mistério para os cientistas.
