Os relógios atômicos são os instrumentos de cronometragem mais precisos que temos. Um novo estudo propõe uma forma de utilizar o nível de precisão alucinante dos instrumentos para detectar as mais ínfimas flutuações de energia, potencialmente dando aos cientistas uma forma de observar alguns tipos de matéria escura.
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A matéria escura continua a revelar-se ilusória: embora não a tenhamos observado diretamente, podemos ver os seus efeitos no Universo. Frustrantemente, não há nada nos nossos modelos atuais de física que explique o que vemos.
Aqui, pesquisadores da Universidade de Sussex e do Laboratório Nacional de Física do Reino Unido sugeriram o uso de relógios atômicos para detectar certas partículas de baixa massa que teoricamente constituem potencialmente este material misterioso.
A ideia é que essas partículas interagem com partículas normais de matéria, mas de forma muito fraca. Os relógios atômicos dependem de oscilações quase imperceptíveis dos átomos à medida que se movem entre estados de energia para indicar as horas, portanto, qualquer leve impacto nessas oscilações – de uma partícula ultraleve de matéria escura, por exemplo – poderia ser detectada.
Primeiro, os pesquisadores propuseram alguns modelos teóricos sobre como as variações nos tempos dos relógios atômicos poderiam ser medidas. Depois disso, eles fizeram leituras de relógios atômicos existentes para ajudar a provar a viabilidade da abordagem.
O próximo passo seria montar um experimento onde dois relógios atômicos pudessem ser comparados: um que fosse um pouco mais suscetível a variações nas chamadas constantes fundamentais, ou nos valores constantes em que se baseiam as leis do Universo.
Neste estudo específico, foram analisadas duas constantes fundamentais: a constante de estrutura fina, que descreve a intensidade com que os elétrons são atraídos pelos prótons em um átomo, e a razão de massa elétron-próton, que indica o “peso” dos átomos.
Ambas as constantes podem ser perturbadas por interações com certas partículas ultraleves que se teorizam serem responsáveis pelos efeitos da matéria escura, como o hipotético axion. Este estudo estabelece limites para a magnitude das variações que talvez indicariam a presença das partículas.
É evidente que há muita teoria aqui e estamos lidando com muitas suposições e previsões – embora muito inteligentes. Em última análise, porém, pequenas mudanças no tique-taque de um relógio atômico poderiam ter implicações profundas para a física.
Os relógios atômicos são extremamente úteis para os cientistas, além de serem capazes de marcar o tempo com uma precisão incomparável ao longo de bilhões de anos. Eles têm sido usados para medir o desvio para o vermelho gravitacional, por exemplo, a forma como a gravidade pode interferir no tempo.
Eles também são importantes na física quântica e abriram áreas de pesquisa para maneiras pelas quais a informação quântica poderia ser transmitida ou armazenada. Agora parece que também podem ser detectores de matéria escura.
Estas descobertas não se baseiam em quaisquer teorias pré-existentes, dizem os investigadores, e os modelos produzidos têm muita flexibilidade – potencialmente suficiente para serem aplicados para além do domínio da matéria escura e outros fenômenos inexplicáveis.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
