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Construção e testes de um detector de fótons escuros

Processo: 20/03007-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2021
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2021
Área do 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

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.