Detector baseado em DNA pode ajudar cientistas a caçar matéria escura

 Um detector exótico baseado em DNA pode ajudar a detectar a matéria escura e a direção no espaço de onde ela veio, dizem os pesquisadores.

O experimento de matéria escura XENON1T consiste em um tanque gigante de xenônio líquido em uma câmara subterrânea sob a montanha Gran Sasso, na Itália. Sua tarefa é procurar evidências de matéria escura que os astrônomos não conseguem ver, mas pensam que preenche o universo.

Como o sistema solar está se movendo rapidamente pelo universo, a Terra deveria estar navegando neste oceano de matéria escura. Portanto, quaisquer colisões de matéria escura dentro do XENON1T devem vir da nossa direção de viagem. 

Mas há um problema com o XENON1T e outros detectores de matéria escura semelhantes. Embora deva ser capaz de ver evidências de partículas de matéria escura, não pode dizer de qual direção elas estão vindo. E isso impõe restrições significativas sobre o que os físicos podem deduzir dos dados. Em vez disso, eles gostariam de um detector que pudesse mapear os rastros que as partículas de matéria escura fazem à medida que passam. 

Já Ciaran O'Hare, da Universidade de Sydney, na Austrália, com colegas, dizem que sabem como isso pode ser feito. A equipe está trabalhando no projeto de uma nova forma exótica de detector que pode detectar não apenas a presença de matéria escura, mas também a direção em que está viajando. A equipe simulou pela primeira vez como as partículas de matéria escura interagiriam dentro da máquina e dizem que ela tem vantagens significativas em relação à atual geração de detectores. 

Floresta de DNA

O novo detector possui um design exclusivo baseado em fitas de DNA. Ele consiste em uma floresta de ácidos nucléicos de fita dupla pendurados em camadas de metal dourado. Cada fita de DNA é única e sua posição dentro do detector é conhecida com resolução nanométrica. 

Quando uma partícula de matéria escura entra no detector, ela corta qualquer fita de DNA em seu caminho, fazendo com que os segmentos quebrados caiam em um sistema de coleta microfluídica. “Como as sequências de pares de bases nas moléculas de ácido nucleico podem ser amplificadas e medidas com precisão usando a reação em cadeia da polimerase (PCR), a posição espacial original de cada fita quebrada dentro do detector pode ser reconstruída com precisão nanométrica”, disse a equipe. Dessa forma, os físicos podem reconstruir a trilha da partícula de matéria escura através da máquina. 

A ideia por trás do detector de DNA foi apresentada em 2012. O novo trabalho é a primeira simulação para testar como a detecção funcionaria para partículas de matéria escura de diferentes tipos, energias e direções. “Concluímos que um detector de DNA pode ser uma nova tecnologia de detecção de partículas econômica, portátil e poderosa”, afirmam O'Hare e col. 

A nova abordagem tem outras vantagens sobre os detectores de matéria escura tradicionais. O dispositivo é minúsculo em comparação com os gigantes usados ​​para detectar matéria escura hoje - até portátil. Também seria significativamente mais barato. 

No entanto, não é de forma perfeita. O detector de DNA não fornece informações suficientes para identificar facilmente o tipo de partícula de matéria escura envolvida ou mesmo sua energia precisa. Por esse motivo, é provável que esses detectores sejam usados ​​em conjunto com os dados das máquinas tradicionais. 

Halo de matéria escura

Em vez disso, sua principal vantagem é a capacidade de determinar a direção de onde as partículas vieram. “Espera-se que os sinais de matéria escura sejam fortemente direcionais, um fenômeno gerado pela órbita do sistema solar através do halo de matéria escura que envolve nossa galáxia”, dizem O'Hare e col. 

“Uma busca por rastros de recuo alinhados com a direção de nossa rotação galáctica permitiria um teste convincente da veracidade de qualquer sinal potencial de matéria escura, mas também permitiria que ele fosse claramente distinguido de fontes de ruído de fundo, como raios cósmicos, decaimentos radioativos, e neutrinos. ” 

Há muito trabalho a ser feito. No ano passado, os físicos encontraram evidências enigmáticas nos dados do XENON1T sugerindo algo incomum. Exatamente o quê, eles não têm certeza e atualmente esperam mais dados para estudar melhor o efeito. 

Se a matéria escura existe, uma gama de detectores será necessária para caracterizar suas propriedades e como a Terra está lavando através dela. Se a matéria escura não existir, todas as apostas estão canceladas!

Fonte: Astronomy.com