O artigo publicado na revista Communications Physics, do grupo Nature, apresenta o plano estratégico do experimento CRESST para a próxima geração de detecção direta de matéria escura. O trabalho foi coordenado por Pedro Guillaumon, professor do IFUSP, e reúne a visão científica e tecnológica da colaboração internacional para a próxima década.
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Um artigo publicado na revista Communications Physics, do grupo Nature, apresenta o plano estratégico do experimento CRESST para a próxima geração de detecção direta de matéria escura. O trabalho foi coordenado por Pedro Guillaumon, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP), e reúne a visão científica e tecnológica da colaboração internacional para a próxima década.
O CRESST (Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers) opera há mais de 20 anos no Laboratório Nacional do Gran Sasso, na Itália, e é um dos experimentos de referência mundial na busca por partículas de matéria escura com massas abaixo da escala do GeV - a chamada matéria escura leve. O artigo detalha o upgrade planejado do experimento, que deve ampliar o número de detectores de cerca de 10 para a ordem de 100, com massas individuais entre 2 e 24 gramas, e descreve as estratégias para lidar com um dos principais desafios atuais da área: o chamado excesso de baixa energia (Low-Energy Excess), um sinal de fundo ainda não totalmente compreendido que limita a sensibilidade dos detectores criogênicos a sinais de matéria escura.
Guillaumon foi o responsável por coordenar a elaboração do texto - articulando a colaboração internacional, organizando a equipe de redação e conduzindo o processo de revisão até a submissão. Em entrevista, ele explica o contexto do convite: "[a revista Nature Communications] contatou vários experimentos para uma edição especial sobre matéria escura. Foram chamados pesquisadores de diversas colaborações importantes, e o CRESST, como um dos experimentos líderes, também foi convidado." Ele entende este trabalho como um "strategical paper", já que artigo descreve o upgrade do experimento e as estratégias científicas utilizadas.
"A matéria escura é uma grande incógnita desde os anos 30, já vai completar 100 anos", afirma Guillaumon. Diferentemente de outros episódios da história da física de partículas, em que um modelo teórico previa com precisão as propriedades de uma partícula antes de sua descoberta, o cenário atual é marcado por múltiplos modelos concorrentes - WIMPs, WIMPs leves, áxions, entre outros - sem um favorito claramente estabelecido. O CRESST concentra sua busca justamente na faixa de massas próxima à do próton e abaixo dela, região na qual a colaboração tem ocupado posição de liderança.
A tecnologia que sustenta essa sensibilidade é baseada em sensores supercondutores de borda de transição (Transition Edge Sensors), que funcionam como termômetros extremamente precisos operados a temperaturas da ordem de milikelvin. "Antes de existir todo esse frisson sobre tecnologias quânticas, já faz 30 anos que o CRESST está desenvolvendo uma tecnologia quântica", observa Guillaumon.
O upgrade descrito no artigo representa um salto de escala significativo. Passar de cerca de 10 detectores para a ordem de 100 exige não apenas a reprodução de sensores com qualidade uniforme em larga escala, mas também a automação da análise de dados, hoje conduzida de forma majoritariamente manual, detector por detector. "Para ganhar em escala essa sensibilidade que nós esperamos, o CRESST está planejando um upgrade para os próximos 2 a 4 anos, que vai saltar de 10 detectores para 100 detectores", explica o professor. "Com 100 detetores, você precisaria de pelo menos 200 pessoas [para a análise manual], que, obviamente, não é factível." Por isso, o esforço de desenvolvimento de software, automação e aprendizado de máquina é hoje uma das frentes centrais da colaboração.
É nesse contexto que a USP foi aprovada para ingressar oficialmente na colaboração CRESST, um processo de negociação de longo prazo que confere à universidade assento com direito a voto e veto no conselho executivo do experimento. A entrada da instituição não se limita à coautoria de artigos: a USP assumirá responsabilidades técnicas relevantes no upgrade, em particular no desenvolvimento do sistema de monitoramento e controle de operação do criostato (slow monitor control), que integra hardware e software para garantir a qualidade das medidas e antecipar eventuais falhas no experimento. Para Guillaumon, essa frente é estratégica também do ponto de vista formativo: "Isso vai trazer de um modo muito específico, muito prático, o conhecimento de operação dos sensores, de operação dos criostatos", conhecimento que, segundo ele, tem aplicação direta em computação quântica.
Guillaumon enquadra a conquista como um ganho coletivo que extrapola seu grupo de pesquisa: "Pensando no patamar atual de internacionalização da ciência, de acesso a know-how em tecnologias quânticas, em machine learning, aplicados à física de partículas, a entrada da USP nesse experimento oficialmente permite um fluxo de conhecimento diferente": a expectativa é que pós-doutores, pós-graduandos, alunos de iniciação científica e outros pesquisadores da universidade passem a participar oficialmente da operação e do desenvolvimento tecnológico do experimento, e não apenas de etapas pontuais de análise.
Dos autores Lauro B. Braz e Luis Gregório G.V. Dias da Silva
