Um sinal fora do padrão intrigou os físicos do maior detector de matéria escura do mundo

O experimento de detecção de matéria escura LUX-ZEPLIN (LZ), localizado no Sanford Underground Research Facility, nos EUA, detectou um evento nuclear atípico em seu detector de xenônio líquido, nos Estados Unidos. Porém, a significância estatística do sinal chega a 3,4 desvios-padrão, valor ainda insuficiente para confirmar a descoberta da matéria escura.

O evento ocorreu em 16 de junho de 2023, durante uma coleta de dados que somou 220 dias entre 27 de março de 2023 e 1º de abril de 2024, segundo um artigo disponível no ArXiv.

O recuo nuclear identificado teve energia de 248 quiloelétron-volts, com margem de erro de 23 keV tanto na estatística quanto na sistemática. Sam Eriksen, da Universidade de Bristol, apresentou os resultados na conferência TeVPA, realizada neste mês no Japão.

Como o detector LZ procura matéria escura

O LZ opera a 1.478 metros de profundidade. O grupo reúne cerca de 250 cientistas de 39 instituições dos Estados Unidos, Reino Unido, Portugal, Suíça, Coreia do Sul e Austrália.

O detector usa uma câmara com sete toneladas de xenônio líquido ativo. Partículas que colidem com os núcleos de xenônio produzem luz e carga elétrica, sinais que os pesquisadores analisam na tentativa de identificar a passagem de um WIMP, sigla em inglês para partícula massiva de interação fraca, um dos principais candidatos a compor a matéria escura.

Nesta análise, a equipe ampliou a janela de energia de recuo nuclear examinada, chegando a cerca de 270 keV. Essa faixa mais ampla permite testar modelos teóricos em que interações de maior energia contribuem de forma relevante para o espectro esperado de matéria escura.

O que mostra o sinal de 248 keV

Um teste estatístico chamado razão de verossimilhança de perfil apontou tensão com a hipótese de que o sinal seja apenas ruído de fundo, com significância local de até 3,4 desvios-padrão para alguns dos modelos testados pela equipe. Quando o efeito de testar vários modelos ao mesmo tempo entra na conta, essa significância cai para 2,6 desvios-padrão em nível global, segundo o artigo.

Na física de partículas, o padrão para anunciar uma descoberta é de 5 desvios-padrão, patamar que reduz a chance de o resultado ser um acaso estatístico a menos de um em quase 3,5 milhões. O valor obtido pelo LZ fica, portanto, abaixo desse limite.

Por que ainda não é uma descoberta de matéria escura

A equipe testou explicações alternativas para o evento, como decaimentos radioativos internos do detector, colisões acidentais entre sinais isolados e neutrinos atmosféricos. Nenhuma dessas fontes conhecidas de erro explicou de forma satisfatória o sinal observado, de acordo com o artigo.

Mesmo assim, os próprios pesquisadores tratam o resultado com cautela. Um único evento não é suficiente para sustentar uma descoberta, e a energia registrada fica numa região em que o detector também pode captar, com baixa probabilidade, interações comuns ainda mal compreendidas.

O LZ segue coletando dados nas mesmas condições desde 1º de abril de 2024. A meta da colaboração é acumular 1.000 dias de exposição, contra os 220 dias analisados neste estudo, o que deve ajudar a confirmar ou descartar o sinal atual.

Histórico do experimento LZ

O LZ nasceu da fusão de dois experimentos anteriores, o LUX (Large Underground Xenon) e o ZEPLIN (Zoned Proportional Scintillation in Liquid Noble gases). O projeto recebeu aprovação final de construção do Departamento de Energia dos Estados Unidos em agosto de 2020 e começou a coletar dados científicos em 2021.

A colaboração projetou o detector para alcançar sensibilidade ao menos 50 vezes maior que a geração anterior de experimentos do tipo. Resultados anteriores, que a equipe divulgou em dezembro de 2025, já haviam estabelecido limites entre os mais rigorosos do mundo para a existência de matéria escura, sem sinal definitivo até então.