Existem três explicações possíveis para o novo sinal detectado no experimento Xenon1T. Dois exigem nova física para explicá-lo, e o terceiro é a existência de partículas solares, axions.

Um experimento procurando matéria escura detectou um sinal inexplicável do espaço.

Os cientistas que trabalham no experimento Xenon1T detectaram mais atividade do que esperavam.

Esse “excesso de eventos” pode sinalizar a existência de partículas hipotéticas chamadas axions, entre as quais existem candidatos à matéria escura.

Cerca de 25% do universo é composto de matéria escura, mas sua natureza é desconhecida. Seja o que for, ele não reflete nem emite luz detectável.

Existem três explicações possíveis para o novo sinal detectado no experimento Xenon1T. Dois exigem nova física para explicá-lo, e o terceiro é a existência de partículas solares, axions.

Os resultados foram lançados no servidor Arxiv de artigos não revisados ​​por outros cientistas.

Até agora, os cientistas conseguiram apenas fazer observações indiretas da evidência da matéria escura, sem uma detecção definitiva e direta dela.

Existem várias teorias que tentam explicar como essa partícula pode ser. O mais aceito é o WIMP (partículas massivas que interagem fracamente).

Os físicos da série de experimentos Xenon passaram mais de uma década procurando sinais desses WIMPs, mas até agora eles não tiveram êxito.

Barulho de fundo

O experimento foi realizado nas instalações subterrâneas em Gran Sasso, Itália, de 2016 a 2018.

Seu detector foi preenchido com 3,2 toneladas de xenônio líquido ultra-puro, com 2 toneladas servindo como “alvo” para interações entre átomos de xenônio e outras partículas que se deslocam para lá.

Quando a partícula cruzou o alvo, gerou pequenos flashes de luz e elétrons liberados pelo átomo de xenônio.

A maioria dessas interações, chamadas eventos, ocorre com partículas que já conhecemos, como múons, raios cósmicos e neutrinos. Eles constituem o que os cientistas chamam de sinais de fundo.

Um possível sinal de uma partícula não descoberta deve ser forte o suficiente para superar esse ruído de fundo.

Os cientistas estimaram cuidadosamente o número de eventos em segundo plano no Xenon1T. Eles esperavam ver 232, mas o experimento detectou 285.

Uma explicação pode ser que uma nova fonte de ruído de fundo que não havia sido considerada antes, causada pela presença de pequenas amostras de trítio no detector Xenon1T.

O resultado também pode ter a ver com neutrinos, que passam bilhões por seu corpo por segundo. Uma explicação pode ser que o momento magnético (uma propriedade de todas as partículas) dos neutrinos seja maior que o valor do Modelo Padrão, que classifica as partículas elementares na física.

Uma nova física

Há quem acredite que apenas a nova física possa explicar o fenômeno.

No entanto, eventos em excesso são mais consistentes com sinais de axion, uma classe de partículas ainda a serem detectadas. De fato, eventos em excesso têm um espectro de energia semelhante ao esperado a partir de axions produzidos pelo Sol.

Em termos estatísticos, a hipótese do axio solar tem um significado de 3,5 sigma.

Embora esse significado seja alto, não é grande o suficiente para concluir que existem axiões. O limite de 5 sigma é geralmente considerado o limite para confirmar uma descoberta como essa.

A importância do momento magnético e das hipóteses de trítio correspondem a 3,2 sigmas, o que significa que são consistentes com os dados.

Os cientistas que trabalham nos experimentos com xenônio estão melhorando as interações para um novo experimento, o xenon-nT. Com melhores dados desta versão futura, os pesquisadores esperam que em breve sejam capazes de dizer se o excesso de eventos foi um acaso estatístico, uma contaminação de fundo ou algo muito mais emocionante.

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