DETECTOR DE RAIOS CÓSMICOS REVELA SINAIS DE MATÉRIA ESCURA
5 de Abril de 2013
A equipa internacional que gere o AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) na ISS (International Space Station, Estação Espacial Internacional em português) anunciou anteontem os primeiros resultados na sua busca pela matéria escura. Os resultados, apresentados pelo porta-voz da equipa, o Professor Samuel Ting num seminário do CERN, serão publicados na revista Physical Review Letters. Relatam a observação de um excesso de positrões no fluxo de raios cósmicos.
O AMS consiste de sete instrumentos que estudam os raios cósmicos no espaço. Desprotegidos da atmosfera da Terra, os instrumentos recebem um bombardeamento constante de partículas de alta-energia. À medida que estas partículas passam pelo AMS, os instrumentos registam a sua velocidade, energia e direcção. O projecto é uma das maiores colaborações científicas de todos os tempos, envolvendo 56 institutos em 16 países (incluindo Portugal). O instrumento foi testado nas instalações da ESA nos Países Baixos antes de ser enviado para os EUA para lançamento no vaivém espacial Endeavour da NASA. Desde a sua activação a 19 de Maio de 2011, que o AMS recolheu informações detalhadas sobre mais de 31 mil milhões de eventos de partículas e enviou estes dados para análise pelos cientistas que colaboram na experiência cá na Terra. Nos seus primeiros seis meses de operação, o AMS acumulou mais dados sobre raios cósmicos do que havia sido previamente recolhido na história da Física. E o AMS continua a recolher dados sobre cerca de 1,4 mil milhões de eventos de partículas cada mês.
Os resultados anunciados têm por base cerca de 25 mil milhões de eventos registados, incluindo 400.000 positrões com energia entre 0,5 GeV e 350 GeV, registados ao longo de um ano e meio. Isto representa a maior colecção de partículas de antimatéria já registada no espaço. A fracção de positrões aumenta de 10 GeV até 250 GeV, com os dados mostrando a inclinação do aumento reduzindo por uma ordem de magnitude ao longo da gama 20-250 GeV. Os dados não mostram variação significativa ao longo do tempo, ou em qualquer direcção preferida de entrada. Os resultados são consistentes com os positrões provenientes da aniquilação de partículas de matéria escura no espaço, mas ainda não são suficientemente conclusivos para descartar outras explicações.
"Como a medida mais precisa do fluxo de raios cósmicos de positrões até à data, estes resultados mostram claramente o poder e as capacidades do detector AMS," afirma Samuel Ting. "Nos próximos meses, o AMS irá ser capaz de nos dizer de forma conclusiva se esses positrões são um sinal da matéria escura, ou se eles têm alguma outra origem."
Os raios cósmicos são partículas carregadas de alta-energia que permeiam o espaço. A experiência AMS, instalada na ISS, está desenhada para estudá-los antes que tenham a oportunidade de interagir com a atmosfera da Terra. O excesso de antimatéria dentro do fluxo de raios cósmicos foi pela primeira vez observado há duas décadas atrás. A origem do excesso, no entanto, permanece sem explicação. Uma possibilidade, prevista por uma teoria conhecida como supersimetria, é que os positrões podem ser produzidos quando duas partículas de matéria escura colidem e aniquilam-se. Assumindo uma distribuição isotrópica de partículas de matéria escura, estas teorias preveem as observações feitas pelo AMS. No entanto, as medições do AMS não podem ainda excluir a explicação alternativa de que os positrões são originários de pulsares distribuídos em torno do plano galáctico. As teorias de supersimetria também preveem um ponto de corte de energia mais elevado, acima do intervalo de massa das partículas de matéria escura, e tal ainda não foi observado. Nos próximos anos, o AMS irá refinar ainda mais a precisão das medições, e esclarecer o comportamento da fracção de positrões com energias superiores a 250 GeV.
"Quando colocamos um novo instrumento de precisão num novo regime, tendemos a ver muitos resultados novos, e esperamos que este seja o primeiro de muitos," afirma Ting. "A AMS é a primeira experiência a atingir uma precisão de 1% no espaço. Este é o nível de precisão que nos permitirá dizer se a nossa observação de positrões tem origem na matéria escura ou em pulsares."
A matéria escura é actualmente um dos mistérios mais importantes da Física. Representando mais de um quarto do equilíbrio massa-energia do Universo, pode ser observada indirectamente através da sua interacção com a matéria visível, mas ainda tem que ser detectada directamente. As pesquisas por matéria escura são realizadas no espaço em experiências com o AMS, bem como na Terra no LHC (Large Hadron Collider) e noutras experiências instaladas em laboratórios subterrâneos.
"O resultado do AMS é um grande exemplo da complementaridade das experiências na Terra e no espaço," afirma Rolf Heuer, director-geral do CERN. "Trabalhando em conjunto, acho que podemos estar confiantes na solução deste enigma da matéria escura nos próximos anos."
Do seu ponto de vista, 400 km acima da Terra, o AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) recolhe dados dos raios cósmicos primordiais que atravessa o detector.
Crédito: NASA
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