Construção de uma Câmara de Bolhas para pesquisas de Matéria Escura
Olá, o meu nome é Marta Reis e sou
uma estudante de Engenharia Física
do Instituto Superior Técnico, em Lisboa.
Neste curto vídeo vou apresentar o trabalho que tenho vindo a desenvolver
para a minha  tese de mestrado.
Matéria escura...
... é-lhe familiar?
O problema da matéria escura é um dos principais
mistérios da física.
Apesar de não se saber o que é realmente,
sabemos que constitui,
aproximadamente, 24%  de todo o universo.
Ao contrário da matéria bariónica, a matéria
escura não absorve, reflete ou emite luz,
tornando a sua deteção extremamente difícil.
Então, se não a conseguimos ver, como sabemos
que a matéria escura existe?
Há cerca de 40 anos atrás, os astrónomos
Vera Rubin e Kent Ford
mediram a velocidade das nuvens de gás hidrogénio em órbita da galáxia Andrómeda.
Para sua surpresa, descobriram que as curvas
rotacionais obtidas
não estavam de acordo com
a lei gravitacional de Newton.
Uma explicação para este fenómeno é dada
pela existência de um halo massivo de matéria escura,
em torno das galáxias, que equilibra
o aumento da distância ao centro galáctico.
Pensa-se que este halo é constituído por
partículas massivas de interação fraca, as WIMPs.
Estas são partículas neutras e estáveis
e têm 100 a 1000 vezes mais massa que um protão.
Uma das experiências mais competitivas de
deteção direta da matéria escura é o SIMPLE,
o instrumento superaquecido para experiências
com partículas massivas.
A experiência SIMPLE procura partículas
de matéria escura
através da sua colisão com os núcleos do detetor.
Resumindo,
sabemos que a matéria escura existe
e que constitui,
aproximadamente, 24% do nosso universo.
Sabemos também que existe em halos, em torno
de galáxias,
e que o seu componente mais provável,   
o WIMP, é muito difícil de detetar.
Então ... mas qual é exatamente o meu papel
no meio de tudo isto?
O principal objetivo da minha tese é construir,
instrumentar e controlar uma câmara de bolhas
precisamente para pesquisas de matéria escura.
A câmara de bolhas em que estou a trabalhar
consiste numa câmara de metal
com aproximadamente 30L de capacidade,
na qual a massa ativa são
5kg de Freon líquido superaquecido.
Isto significa que o Freon está num estado
metaestável que, com a menor perturbação,
sofrerá uma transição de fase.
Essa perturbação pode ser causada pela passagem
de uma partícula, que colide com um núcleo
de Freon, depositando energia.
Se a energia depositada for alta o suficiente,
ocorrerá uma nucleação.
Visualmente, o que vemos quando ocorre uma nucleação
é a formação de uma bolha que cresce cada vez mais.
Além de vê-la, também podemos ouvi-la com
a ajuda de um hidrofone,
colocado dentro da câmara.
As nucleações são registadas e a análise
do seu sinal acústico, capturado pelo hidrofone,
permite a discriminação das partículas
que criaram o evento.
Com alguma sorte, detetaremos o raro evento de interação
de partículas de matéria escura.
Sempre que ocorre um evento, a câmara deve ser recomprimida a alta pressão de modo que
as bolhas de Freon não subam até à superfície
e retornem ao estado líquido superaquecido
e a câmara esteja operacional novamente.
Como o Freon está num estado muito instável,
precisa de estar protegido de todos os tipos de nucleações indesejadas.
Para isso foi colocada uma camada de gel em
torno da massa ativa.
Para controlar a temperatura do detetor, este
é colocado dentro de um banho de água.
O próximo passo será a instalação do sistema acústico,
seguido de testes acústicos,
testes de pressão e de temperatura.
Este trabalho está a ser desenvolvido no
Laboratório SIMPLE Lx,
no Campus Tecnológico e Nuclear.
Obrigada por assistir!
