Comparação da Compreensão Limitada da Humanidade

Mahapatra compara a compreensão limitada da humanidade sobre o universo — ou a falta dela — a uma parábola bem conhecida. “É como tentar descrever um elefante tocando apenas sua cauda. Sentimos algo maciço e complexo, mas estamos apenas percebendo uma pequena parte disso.”

Mahapatra e seus co-autores tiveram recentemente seu trabalho destacado na respeitada revista Applied Physics Letters.

O Que São Matéria Escura e Energia Escura?

A matéria escura e a energia escura são nomeadas pelo que os cientistas ainda não sabem sobre elas. A matéria escura compõe a maior parte da massa encontrada em galáxias e aglomerados de galáxias, desempenhando um papel importante na formação de sua estrutura através de vastas distâncias cósmicas. A energia escura refere-se à força por trás da expansão acelerada do universo. Simplificando, a matéria escura atua como uma cola cósmica, enquanto a energia escura faz o espaço se expandir cada vez mais rapidamente.

Embora ambas sejam abundantes, nem a matéria escura nem a energia escura emitem, absorvem ou refletem luz, o que torna a observação direta extremamente difícil. Os cientistas, em vez disso, estudam sua influência através da gravidade, que afeta como as galáxias se movem e como as estruturas em grande escala se formam. A energia escura é o componente dominante, respondendo por cerca de 68% da energia total do universo, enquanto a matéria escura contribui com aproximadamente 27%.

Detectando Sussurros em um Furacão

No Texas A&M, o grupo de pesquisa de Mahapatra está desenvolvendo detectores com uma sensibilidade extraordinária. Esses instrumentos são projetados para detectar partículas que interagem com a matéria comum apenas em raras ocasiões, interações que podem fornecer pistas críticas sobre a natureza da matéria escura.

“O desafio é que a matéria escura interage de forma tão fraca que precisamos de detectores capazes de ver eventos que podem acontecer uma vez por ano, ou até mesmo uma vez por década,” disse Mahapatra.

Seu time teve um papel importante em uma busca global de matéria escura usando um detector conhecido como TESSERACT. “É tudo sobre inovação,” disse ele. “Estamos encontrando maneiras de amplificar sinais que antes estavam enterrados no ruído.”

A Texas A&M está entre um pequeno grupo de instituições que participam dos experimentos TESSERACT.

Expandindo os Limites da Detecção

Os esforços atuais de Mahapatra se baseiam em décadas de experiência na evolução dos métodos de detecção de partículas. Nos últimos 25 anos, ele contribuiu para o experimento SuperCDMS, que realizou algumas das buscas de matéria escura mais sensíveis do mundo. Em um artigo importante de 2014 publicado na Physical Review Letters, Mahapatra e seus colaboradores introduziram a detecção de ionização calorimétrica assistida por voltagem no experimento SuperCDMS — um avanço que tornou possível estudar WIMPs de baixa massa, um dos principais candidatos a matéria escura. Esse avanço melhorou significativamente a capacidade dos cientistas de detectar partículas que antes estavam além do alcance.

Em 2022, Mahapatra co-autorizou outro estudo examinando múltiplas abordagens para encontrar um WIMP, incluindo detecção direta, detecção indireta e buscas em colisores. O trabalho destaca a importância de combinar diferentes estratégias para enfrentar o problema da matéria escura.

“Nenhum experimento isolado nos dará todas as respostas,” observa Mahapatra. “Precisamos de sinergia entre diferentes métodos para montar a imagem completa.”

Compreender a matéria escura vai muito além da curiosidade acadêmica. Pode revelar princípios fundamentais que governam o próprio universo. “Se conseguirmos detectar a matéria escura, abriremos um novo capítulo na física,” disse Mahapatra. “A busca precisa de tecnologias de sensoriamento extremamente sensíveis e pode levar a tecnologias que nem conseguimos imaginar hoje.”

O Que São WIMPs?

Os WIMPs (Partículas Massivas Fracamente Interativas) são considerados uma das possibilidades mais promissoras para a matéria escura. Essas partículas hipotéticas interagiriam através da gravidade e da força nuclear fraca, o que explica por que são tão difíceis de detectar.

• Por que são importantes: Se os WIMPs existirem, eles poderiam explicar a massa ausente do universo.
• Como procuramos: Experimentos como SuperCDMS e TESSERACT dependem de detectores ultra-sensíveis resfriados a quase zero absoluto para capturar interações raras entre WIMPs e matéria comum.
• O desafio: Um WIMP poderia passar pela Terra sem deixar nenhum sinal, o que significa que os pesquisadores podem precisar de anos de dados para identificar até mesmo um único evento.