Nas últimas décadas, astrofisicos e cosmologistas reuniram várias observações que sugerem a existaªncia de matéria escura (DM), um tipo de matéria que não absorve, reflete ou emite luz e, portanto, não pode ser detectada usando técnicas convencionais de observação de radiação eletromagnanãtica . Embora os fa­sicos tenham previsto sua existaªncia com base em observações astrofa­sicas e cosmola³gicas, atéagora, o DM nunca foi observado experimentalmente.

A janela de massa maissensívelpara experimentos destinados a detectar diretamente DM com tecnologias convencionais (ou seja, procurando por recuos nucleares em detectores) éO (10 -100 ) GeV. Quando se trata de DM leve, particularmente aquele na faixa sub-GeV, o espalhamento de DM com núcleos não pode produzir um recuo nuclear acima do limite em que seria detectado pelas tecnologias existentes.

Pesquisadores da Shanghai Jiao Tong University e do Purple Mountain Observatory da Chinese Academy of Sciences tem tentado identificar estratanãgias que possam ajudar a superar esse desafio e revelar sinais caractera­sticos de DM sub-GeV com uma faixa de sensibilidade mais ampla (ou seja, que seria mais fa¡cil de detectar). Um de seus artigos mais recentes, publicado na Physical Review Letters , delineia um novo tipo de efeito diurno relevante para sub-GeV DM impulsionado por raios ca³smicos. Este efeito pode potencialmente permitir a detecção direta de sub-GeV DM com recuos nucleares.

"Foi apontado na literatura que, enquanto DM pode interagir com núcleos, os núcleos energanãticos no espaço (raios ca³smicos) podem -acelerar algumaspartículas de DM para maior energia para superar o limiar de detecção, abrindo naturalmente a baixa massa janela ", disse Shao-Feng Ge e Qiang Yuan, dois dos pesquisadores que realizaram o estudo, Phys.org. "Fomos mais além ao notar que tanto o DM quanto os raios ca³smicos tem alta densidade ao redor do centro da gala¡xia (GC)."

No cena¡rio considerado por Ge, Yuan e seus colegas,partículas de DM aceleradas viriam principalmente da direção do GC, que fornece uma caracterí­stica única distinta do componente comum de DM. Embora as técnicas de detecção baseadas na análise de recuo nuclear não possam revelar de que direção aspartículas de DM estariam vindo, quando o GC estãolocalizado no lado oposto da Terra de onde o detector esta¡, a Terra pode sombrear uma grande parte do DM acelerado.

Em outras palavras, os pesquisadores descobriram que, se as seções transversais de espalhamento dos núcleos DM forem suficientemente grandes, o fluxo de DM éatenuado a  medida que se propaga pela Terra. Isso leva a uma modulação diurna natural, que poderia servir como uma assinatura caracterí­stica do DM acelerado.

"O efeito diurno convencional éapenas parapartículas de DM de movimento lento (não relativa­stico) em nossa gala¡xia (o chamado halo DM padra£o)", disse Ge e Yuan. "O efeito éinsignificante devido a s restrições experimentais diretas ou devido ao limite de detecção. Parapartículas de DM leves, por outro lado, a interação DM-núcleo émuito menos restrita, o que deixa espaço para uma forte modulação diurna."

Em seu artigo, os pesquisadores mostram que a aceleração dos raios ca³smicos pode permitir ou facilitar a detecção departículas de DM. Além disso, eles sugerem que o comportamento aºnico da modulação diurna que eles descreveram écaracterizado por um fluxo direcional e de maior energia.

"A assinatura de modulação diurna proposta em nosso estudo pode ser uma arma fumegante de detecção de matéria escura impulsionada por raios ca³smicos, enquanto o fundo dominante de impurezas radioativas não tem essa caracterí­stica", disseram Ning Zhou e Jianglai Liu, dois pesquisadores envolvidos no estudo. Phys.org. "O espectro de energia de recuo nuclear também exibiria uma modulação dia¡ria, o que poderia ser mais um meio de suprimir o fundo potencial."

Notavelmente, este estudo identificou uma nova assinatura associada ao DM potencializado por raios ca³smicos. No futuro, este grupo de pesquisa e outras equipes podem analisar dados coletados em experimentos de DM subterra¢neos passados, em andamento e futuros, procurando especificamente a assinatura de modulação diurna única destacada no artigo recente.

"Vamos agora encorajar os experimentadores de todo o mundo a realizar uma busca cuidadosa por essa assinatura em seus dados", disseram Zhou e Ge. "Mais do lado tea³rico, em nosso artigo o modelo de atenuação da Terra étratado com um modelo simplificado, que planejamos melhorar. Tambanãm tentaremos determinar se existe uma combinação ideal de vários experimentos subterra¢neos que possam significar ainda mais o detecção."