Físicos da Texas A&M University estão desenvolvendo detectores altamente sensíveis para desvendar a natureza da matéria escura e da energia escura, que compõem 95% do universo. Liderados pelo Dr. Rupak Mahapatra, esses esforços visam detectar interações raras de partículas que ocorrem esporadicamente. O trabalho, destacado na Applied Physics Letters, baseia-se em décadas de pesquisa sobre enigmas cósmicos.
A composição do universo permanece amplamente misteriosa, com apenas 5% consistindo em matéria ordinária visível para telescópios e instrumentos. Os 95% restantes são dominados pela matéria escura, que representa cerca de 27% e molda a estrutura das galáxias por meio de efeitos gravitacionais, e pela energia escura, que constitui 68% e acelera a expansão do cosmos. Nenhuma emite, absorve ou reflete luz, complicando a detecção direta, então os cientistas inferem sua presença a partir de influências gravitacionais nos movimentos galácticos e estruturas em grande escala. O Dr. Rupak Mahapatra, físico de partículas experimental na Texas A&M University, compara o conhecimento atual a “tentar descrever um elefante tocando apenas a cauda dele. Sentimos algo massivo e complexo, mas estamos captando apenas uma pequena parte”. Sua equipe projeta detectores de semicondutores avançados equipados com sensores quânticos criogênicos para capturar sinais elusivos de partículas de matéria escura. Esses instrumentos devem detectar interações tão fracas que podem ocorrer apenas uma vez por ano ou até uma vez por década. “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 uma vez por década”, explicou Mahapatra. O grupo de Mahapatra contribui para o experimento TESSERACT, uma busca global por matéria escura que enfatiza a amplificação de sinais em meio ao ruído. Ao longo de mais de 25 anos, ele avançou o projeto SuperCDMS, incluindo uma descoberta em 2014 na Physical Review Letters que permitiu a detecção de partículas massivas de interação fraca de baixa massa (WIMPs), principais candidatas à matéria escura. Essas partículas hipotéticas interagem via gravidade e força nuclear fraca, frequentemente atravessando a Terra sem detecção, exigindo sensores ultra-frios próximos do zero absoluto para colisões raras com matéria ordinária. Um estudo de 2022 coautorado por Mahapatra explorou estratégias combinadas como detecção direta, métodos indiretos e buscas em colisores para WIMPs. “Nenhum experimento único nos dará todas as respostas”, observou. “Precisamos de sinergia entre diferentes métodos para montar o quadro completo”. Detectar matéria escura poderia revolucionar a física, revelando leis fundamentais e inspirando tecnologias imprevistas. “Se pudermos detectar matéria escura, abriremos um novo capítulo na física”, disse Mahapatra.