Experimento ALPS inicia busca por matéria escura

O experimento ALPS está sendo realizado no centro de pesquisa DESY e tem como objetivo detectar matéria que deve ocorrer cinco vezes mais no Universo do que o normal.

Porém, até agora, nenhum cientista ou pesquisador conseguiu identificar partículas dessa substância. O novo experimento pode ser o primeiro desse tipo a detectar partículas particularmente leves e fornecer evidências sobre sua ocorrência.

A Plataforma de Inovação dá uma olhada no experimento e examina como ele pode revelar mistérios únicos sobre o nosso Universo.

O experimento ALPS se estende por um total de 250 metros e está procurando por um tipo particularmente leve de nova partícula elementar.

Para fazer isso, ele usa 24 ímãs supercondutores reciclados do acelerador HERA, um intenso feixe de laser, interferometria de precisão e detectores altamente sensíveis.

A equipe espera que o uso de uma composição tão única permita que a máquina detecte os chamados axions ou partículas semelhantes a axions. Acredita-se que essas partículas reagem de maneira extremamente fraca com tipos conhecidos de matéria, o que significa que não podem ser detectadas em experimentos com aceleradores.

Portanto, o ALPS está recorrendo a um princípio totalmente diferente para detectá-los. Usando um forte campo magnético, os fótons (partículas de luz) podem ser transformados nessas misteriosas partículas elementares e vice-versa.

Beate Heinemann, Diretor de Física de Partículas do DESY, explicou: "A ideia do experimento ALPS existe há mais de 30 anos.

"Usar componentes e a infraestrutura do antigo acelerador HERA, juntamente com tecnologias de ponta, significa que podemos usar o ALPS em uma colaboração internacional pela primeira vez."

Helmut Dosch, presidente do Conselho de Administração do DESY, acrescentou: "O DESY estabeleceu para si a tarefa de decodificar a matéria em todas as suas diferentes formas. Portanto, o ALPS se encaixa perfeitamente em nossa estratégia de pesquisa e talvez abra a porta para a matéria escura".

Para detectar matéria axion, o experimento ALPS enviará um feixe de laser de alta intensidade ao longo de um dispositivo ressonador óptico em um tubo de vácuo, com aproximadamente 120m de comprimento.

Aqui, o feixe é refletido para trás e para frente e envolvido por 12 ímãs HERA dispostos em linha reta. Se um fóton se transformasse em um axion no campo magnético forte, esse axion poderia passar pela parede opaca no final da linha de ímãs. Uma vez atravessada a parede, entraria em outra trilha magnética quase idêntica à primeira.

Nesta trilha, o áxion pode se transformar novamente em um fóton, que o detector pode capturar no final. Um segundo ressonador óptico é configurado aqui para aumentar a probabilidade de um axion voltar a ser um fóton por um fator de 10.000. Isso significa que, se a luz chegar atrás da parede, deve ter havido um axion no meio.

"No entanto, apesar de todos os nossos truques técnicos, a probabilidade de um fóton se transformar em um áxion e vice-versa é muito pequena", comentou Axel Lindner, líder do projeto DESY e porta-voz da colaboração ALPS.

Lindner acrescentou: "É como jogar 33 dados e todos eles saem iguais."

Para que o experimento ALPS funcionasse corretamente, a equipe teve que ajustar todos os diferentes componentes do aparelho para desempenho máximo.

Quando em desempenho máximo, o experimento tem vários benefícios:

O experimento ALPS foi originalmente proposto pelo teórico do DESY, Andreas Ringwald, que também sustentou a motivação teórica para o experimento com seus cálculos sobre a extensão do Modelo Padrão.

Ele disse: "Físicos experimentais e teóricos trabalharam juntos muito de perto para o ALPS. O resultado é um experimento com um potencial único para descobrir axions, que podemos até usar para procurar ondas gravitacionais de alta frequência."

A busca de axions começará originalmente em um modo de operação atenuado. Isso simplifica a busca por 'luz de fundo' que pode indicar falsamente a presença de áxions.

O experimento deve atingir a sensibilidade total no segundo semestre de 2023, com o espelho e os sistemas de luz alternativos sendo atualizados em 2024.