Projeto estudará a natureza da matéria escura

O SPRACE (São Paulo Research and Analysis Center) teve aprovado seu quinto São Paulo Researchers in International Collaboration (SPRINT), projetos concedidos pela FAPESP para estimular a colaboração de universidades paulistas com instituições internacionais de pesquisa. Dessa vez, a parceria foi feita com o Imperial College de Londres e estudará a natureza da matéria escura, um dos maiores enigmas do universo para a Física atualmente.

O que é matéria escura?

Ao calcular a velocidade de rotação de estrelas em torno do centro de suas galáxias, cientistas verificaram que o resultado observado era diferente daquele previsto pela teoria. Essa velocidade está relacionada à força gravitacional dos sistemas que, por sua vez, é proporcional a sua quantidade de massa – isso é, quanto maior a quantidade de matéria, maior a força gravitacional e maior a velocidade de rotação.

A explicação para esse fenômeno é a presença de matéria no espaço que não interage com luz e que, portanto, não conseguimos ver e não era prevista pela teoria. Esse tipo de matéria foi denominado de matéria escura. Até hoje, entretanto, não sabemos do que a matéria escura é feita – quais as partículas responsáveis por formar essa misteriosa substância?

A existência de matéria escura está bem estabelecida graças a diversas observações e evidências cosmológicas. Com esse projeto SPRINT, o SPRACE buscará obter as primeiras evidências não-cosmológicas dessa “matéria”, caso ela seja formada por partículas subatômicas. Essas evidências serão procuradas através de colisões de partículas realizadas no maior acelerador do mundo atualmente, o Large Hadron Collider (LHC), da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), localizado na fronteira entre Suíça e França.

Até hoje, todas as partículas que conhecemos estão presentes no Modelo Padrão – completo pela descoberta do Bóson de Higgs, no LHC, em 2012 – e nenhuma delas consegue explicar a matéria escura. Os experimentos, portanto, buscarão por novas partículas que podem ser responsáveis por formá-la.

Uma das teorias que prevê a existência de partículas como essa é a Supersimetria (SUSY), na qual todas as partículas que conhecemos possui um parceiro supersimétrico com spin diferente. Na primeira etapa de coleta de dados do LHC, não foram achadas evidências para corroborar essa teoria. Nesta segunda fase, com energias maiores, o acelerador poderá detectar partículas com massa maior do que anteriormente, tornando possível a descoberta de novas partículas.

Tanto o SPRACE como o Imperial College de Londres fazem parte do experimento Compact Muon Solenoid (CMS), um dos detectores de partículas do LHC. A grande experiência e conhecimento do instituto inglês em relação à interpretação de dados de colisão de partículas no contexto da teoria SUSY e de matéria escura são equiparáveis à expertise do centro brasileiro na análise desses dados e na pesquisa relacionada à Física Além do Modelo Padrão. Os esforços de ambas as instituições são complementares e, com o projeto SPRINT, serão unidos para tentar desvendar um dos grandes mistérios atuais da Física.

A parceria com o Imperial College de Londres foi o quinto projeto SPRINT concedido ao SPRACE. Em dois outros, com a Universidade de Southampton, do Reino Unido, e com a Universidade Texas Tech, dos Estados Unidos, a busca por matéria escura é também o foco principal da pesquisa. Essas colaborações internacionais têm se mostrado frutíferas e gerado importantes resultados.