Cristais Únicos Podem Expandir a Busca pela Matéria Escura

Simulação computadorizada da distribuição em grande escala da matéria escura no Universo. Um gráfico de sobreposição (em branco) mostra como uma amostra de cristal cintila ou brilha intensamente quando exposta a raios X durante um teste de laboratório. Esta e outras propriedades podem torná-lo um bom material para um detector de matéria escura. Crédito: Millennium Simulation, Berkeley Lab

Os astrônomos observam que as galáxias giram com tanta velocidade que deveriam ser independentes uma das outras, mas não são. É como se alguma massa oculta estivesse segurando as galáxias, exercendo uma força gravitacional sobre a matéria comum.
Esta massa desconhecida é conhecida como matéria escura. A matéria comum representa apenas 5% de todo o conteúdo do Universo, enquanto a matéria escura constitui mais de 25% de tudo. Os 70% restantes são conhecidos como energia escura, mas ninguém observou diretamente matéria escura ou energia escura.
Na edição desta semana do Journal of Applied Physics, da AIP Publishing, os investigadores relatam a descoberta de um novo material que pode detectar diretamente a matéria escura. O material, conhecido como cintilador, deve ser sensível à matéria escura que é mais leve que um próton. Isso permitirá que a busca por matéria escura entre em uma faixa de massa praticamente inexplorada, abaixo da do próton.
Partículas de matéria escura mais pesadas que prótons são conhecidas como partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs. Pesquisadores tentaram detectá-las de várias maneiras, inclusive em laboratórios subterrâneos onde uma grande quantidade de blindagem pode ser usada, mas, até agora, todos falharam. Até o momento, nada é realmente conhecido sobre a massa da matéria escura, e sua detecção teria enormes implicações para nossa compreensão do Universo.
O material cintilador relatado neste trabalho opera próximo ao zero absoluto, ou quase menos 273 graus Celsius. Ele detecta elétrons recuando de colisões com partículas de matéria escura e consiste em um alvo de matéria comum, neste caso o semicondutor  arseneto de gálio, ou GaAs, dopado por uma pequena quantidade de outros elementos.
O alvo emite um fóton (uma partícula de luz) depois que um elétron no alvo é excitado para um estado de alta energia por meio de uma colisão com uma partícula de matéria escura.
Quando o dispositivo final for construído, os experimentos serão realizados no subsolo para proteger o detector de raios cósmicos e outras fontes potenciais de sinais falsos.
Uma séria limitação da maioria dos cintiladores é o clarão remanescente, também conhecido como fosforescência. A fosforescência é um problema em potencial, pois pode imitar uma detecção de matéria escura e levar a um sinal falso. Os dados do relatório desta semana mostram que nenhum resplendor ocorre com o novo material cintilador - um resultado muito promissor na busca contínua por matéria escura.

Fonte: PHYS.ORG