How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

A mais de dois quilómetros abaixo do chão no norte de Ontário,

suspended in 345,000 liters of ultra-pure water,

suspenso em 345 000 litros de água ultrapura,

there’s a perfect sphere.

está uma esfera perfeita.

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

Contém 3600 kg de árgon líquido,

cooled to -180 degrees Celsius.

arrefecido a -180 graus Celsius.

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

Os cientistas vigiam permanentemente esta câmara, à superfície,

looking for a glimmer of light in the darkness.

procurando uma réstia de luz na escuridão.

Because down here,

Porque, a essa profundidade,

deep beneath the Earth’s surface and cocooned in a watery shield,

muito distante da superfície da Terra e encapsulado num escudo aquoso,

that light would indicate the presence of one of the universe’s greatest mysteries:

essa luz indicará a presença de um dos maiores mistérios do universo:

dark matter.

a matéria escura.

All the matter we can see, planets, stars and galaxies,

Toda a matéria que vemos — planetas, estrelas e galáxias —

doesn’t create enough gravitational pull

não exerce suficiente atração gravitacional

to explain the universe’s larger structure.

para explicar a imensa estrutura do universo.

It’s dark matter, which is estimated to make up 25% of the known universe.

Calcula-se que a matéria escura constitui mais de 25% do universo conhecido.

But despite its prevalence,

Mas, apesar dessa prevalência,

so far we haven’t been able to detect it directly.

até agora não conseguimos detetá-la diretamente.

It’s no small challenge.

Não é pequeno desafio.

Dark matter was so named because it doesn’t interact with any type of light,

A matéria escura foi assim chamada

porque não interage com nenhum tipo de luz,

visible or otherwise,

visível ou não,

which means our usual observation tools

ou seja, os nossos instrumentos usuais de observação

simply don’t work when trying to observe it.

não funcionam, quando tentamos observá-la.

But while dark matter may not be visible in the electromagnetic spectrum,

Embora a matéria escura não seja visível no espetro eletromagnético,

it’s still matter,

não deixa de ser matéria.

so we should be able to measure its interactions with other matter.

Portanto, devemos poder medir a sua interação com outra matéria.

And if our current model of physics is correct,

Se o nosso atual modelo da física está correto,

billions of sub-atomic dark matter particles

milhares de milhões de partículas subatómicas de matéria escura

are passing through the Earth every second.

estão a atravessar a Terra a cada segundo.

Despite the prevalence of dark matter,

Apesar da prevalência da matéria escura,

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

pensa-se que as suas interações são raras e extremamente fracas.

To detect these interactions,

Para detetar essas interações,

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

as experiências com matéria escura têm de ser extremamente sensíveis.

With such sensitive equipment,

Com um equipamento ultrassensível

the ever-present background radiation on Earth’s surface

as radiações sempre presentes na superfície da Terra

would create so much noise in the data

criariam tanto ruído nos dados

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

que as partículas de matéria escura passariam totalmente despercebidas.

It would be like trying to hear a pin drop on a busy city street.

Seria como tentar ouvir a queda de um alfinete numa rua cheia de trânsito.

To solve this problem,

Para resolver esse problema,

scientists have had to dig deep into the Earth.

os cientistas tiveram de escavar profundamente na Terra.

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

As experiências com matéria escura

realizam-se em laboratórios subterrâneos especializados,

either in mines or inside mountains.

quer em minas ou no interior de montanhas.

The rock that makes up the Earth’s crust works like a filter,

A rocha que constitui a crosta terrestre funciona como um filtro,

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

absorvendo as radiações e impedindo partículas prejudiciais.

The ultra-pure water in which the detector is suspended

A água ultrapura em que o detetor está suspenso

adds an additional layer of radiation filtering.

é mais uma camada adicional de filtragem de radiações.

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

Este escudo garante que só as partículas que os cientistas procuram

can make their way into the detectors.

podem passar pelos detetores.

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

Só quando essas partículas chegarem a um vaso interior da experiência,

scientists have a chance of detecting them.

os cientistas terão a hipótese de as detetar.

The detector media are chosen because they’re exquisitely sensitive detectors

O meio dos detetores é escolhido segundo a sua extrema sensibilidade

that can be purified extremely well.

e porque pode ser altamente purificado.

These could be a liquid noble gas,

Pode ser um gás nobre líquido,

germanium

and silicon crystals,

o germânio, cristais de silício

a refrigerant,

um refrigerante, ou outros materiais.

or other materials.

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

Quando a radiação interage, deixa sinais percetíveis,

such as light or bubbles,

como luz ou bolhas,

which can be picked up by the sensors inside the detector.

que podem ser detetados pelos sensores dentro do detetor.

The detector media are held in a central chamber made of glass

Os materiais do detetor estão contidos numa câmara central de vidro

or a special type of acrylic.

ou de um tipo especial de acrílico.

These chambers have to be able to hold the substance inside

Estas câmaras têm de poder conter a substância

without interacting with it

sem interagir com ela

while withstanding incredible pressure from the water outside.

e resistir à incrível pressão da água exterior.

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

O vaso interior está rodeado de poderosos sensores,

designed to detect even the tiniest blips of light,

concebidos para detetar os mais minúsculos lampejos de luz

or the sound vibrations caused by a single bubble.

ou as vibrações sonoras provocadas por uma simples bolha.

Each sensor records data 24/7,

Cada sensor regista dados ininterruptamente

and experiments run for months and years at a time,

e as experiências realizam-se durante meses e anos de cada vez,

generating terabytes of data every day.

gerando "terabytes" de dados por dia.

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

A construção de detetores de matéria escura

tanto é uma façanha da engenharia como da física.

as it is a feat of physics.

By the time an experiment is ready to start collecting data,

Na altura em que uma experiência está pronta para recolher dados,

years or decades of work and investment have already gone into it,

já passaram por ela anos ou décadas de trabalho e de investimento

to the tune of tens of millions of dollars.

no montante de dezenas de milhões de dólares,

As of 2017, no dark matter particles have been directly detected.

Até 2017, não foram detetadas diretamente

nenhumas partículas de matéria escura.

That’s not entirely surprising.

Não é totalmente surpreendente.

Physicists expect these interactions to be incredibly rare and difficult to detect.

Os físicos pensam que estas interações

são extremamente raras e difíceis de detetar.

In the meantime,

Entretanto,

scientists continue to develop new technologies

os cientistas continuam a desenvolver novas tecnologias

and increase detector sensitivity,

e a aumentar a sensibilidade dos detetores,

closing in on where dark matter is hiding.

aproximando-se mais do local onde a matéria escura se esconde.

And when they find it,

Quando a encontrarem,

we’ll finally be able to bring the universe’s darkest secrets into the light.

conseguiremos finalmente iluminar os mais sombrios segredos do universo.