Construção e testes de um detector de fótons escuros

• Processo: 20/03007-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2022
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Nuclear
• Pesquisador responsável: Nelson Carlin Filho
• Beneficiário: David Fernando Freitas da Silva Cavalcante
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Física experimental Matéria escura Detecção de matéria escura Fótons Instrumentação Modelo padrão
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: física experimental | fóton escuro | instrumentação | matéria escura | Detecção de Matéria Escura

Resumo

As observações que estabeleceram a existência da matéria escura basearam-se em interações gravitacionais. Este aspecto não é suficiente para que se determine sua natureza, sendo, portanto, importante considerar a possibilidade de outros tipos de interação além da gravitacional. Este projeto se encaixa no contexto de detecção de matéria escura considerando que esta possa interagir fracamente, WIMPs, por meio do experimento COSINE-100 (106 kg de cristais de NaI(Tl)) instalado em laboratório subterrâneo na Coréia do Sul. A ênfase inicial reside na confirmação (ou não) dos resultados do experimento DAMA/LIBRA, que sugerem a existência de matéria escura pela verificação de uma modulação anual na taxa de eventos devida ao movimento da Terra ao redor do Sol e deste em relação ao halo galáctico, o qual conteria a matéria escura. Esses resultados já foram refutados por outros experimentos, inclusive o COSINE-100, que apresentaram resultados nulos. É possível também, com o experimento COSINE-100, investigar interessantes aspectos relacionados à física além do modelo padrão, em particular a existência de fótons escuros, que atuariam como mediadores das interações com o modelo padrão. Esses estudos serão realizados por estudantes de pós-graduação de nosso grupo. Nesse sentido, fazendo uso da infraestrutura de nosso laboratório de instrumentação, o objetivo desse projeto consiste na construção e caracterização de um detector multicatodo com o objetivo de detectar fótons escuros, explorando a possibilidade de efeito axio-elétrico em metais, de modo que o sinal desses fótons seria a detecção direta de elétrons únicos (single electrons) através do tal efeito.