A matéria negra interage com a matéria normal apenas através da força da gravidade e não emite nem absorve luz. Sabemos hoje que constitui cerca de 25% do conteúdo energético do Universo enquanto que a matéria normal, de que somos feitos, constitui apenas 5%. A constituição da matéria negra permanece um mistério e alvo de intensa investigação. Os suspeitos "favoritos" dos cientistas são partículas elementares maciças designadas genericamente por WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), postuladas por teorias super-simétricas. Uma outra alternativa popular consiste no axião, uma partícula hipotética que explicaria a não preservação de algumas simetrias pela força nuclear forte, e que, a existir, deverá ser bem mais leve do que os WIMPs.
A maior e de longe mais sensível das experiências que tentam detectar WIMPs, o LUX (Large Underground Xenon experiment), está instalada a uma profundidade de 1480 metros de profundidade numa antiga mina no Dakota do Sul, Estados Unidos (Figura1).
As centenas de metros de rocha maciça oferecem-lhe protecção dos raios cósmicos que bombardeiam incessantemente a Terra e que podem dar origem a falsos positivos. O detector é constituído por um tanque contendo 370 kg de xenon, um gás nobre, a muito baixa temperatura, no estado líquido. O tanque tem foto-detectores em ambas as extremidades capazes de detectar minúsculos flashes de luz produzidos por WIMPs quando colidem, em raríssimas ocasiões, com os átomos de xenon (Figura 2).
Figura1: O LUX (Large Underground Xenon experiment). Crédito: C.H. Faham e LUX collaboration.
Figura 2: O detector do LUX, cheio de xenon líquido, tem uma barreira de foto-detectores ultra-sensíveis capazes de detectar fotões emitidos na colisão de WIMPs com os átomos de xenon. Crédito: SLAC National Accelerator Laboratory.