Físicos podem ter a primeira evidência experimental de um novo tipo de bóson escuro

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Créditos: Cokada / iStock / Getty Images.

Por Mike McRae
Publicado na ScienceAlert

Dois experimentos em busca de um sinal de uma partícula que evita que galáxias inteiras se separem foram publicados recentemente com alguns resultados contraditórios. Um apareceu de mãos vazias, enquanto o outro nos dá todos os motivos para continuar procurando.

Os bósons escuros são candidatos à matéria escura e se baseiam em partículas mensageiras de força, mas que na verdade não possuem muita força.

Ao contrário dos bósons com os quais estamos mais familiarizados, como os fótons que ligam as moléculas e os glúons que mantêm os núcleos atômicos unidos, uma troca de bósons escuros mal afetaria seus arredores imediatos.

Se eles existissem, por outro lado, sua energia coletiva poderia ser responsável por formar a matéria escura – a massa ausente que fornece a gravidade extra necessária para manter as estrelas do nosso Universo em suas formações familiares.

Infelizmente, a presença de tais bósons seria tão detectável quanto um sussurro em uma tempestade. Para um físico, entretanto, um sussurro pode ser suficiente para ainda ser perceptível, se houver o tipo certo de experimento.

Os dois estudos – um liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), o outro pela Universidade de Aarhus, na Dinamarca – procuraram diferenças sutis no posicionamento de um elétron em um isótopo conforme ele saltava entre os níveis de energia. Se oscilasse, isso poderia ser um sinal revelador de um “empurrão” de um bóson escuro.

Esse bóson, em teoria, apareceria de uma interação entre o elétron em órbita e os quarks que formam os nêutrons no núcleo do átomo.

A equipe liderada pelo MIT usou um punhado de isótopos de itérbio para seu experimento, enquanto o cálcio foi o elemento escolhido pelo grupo liderado pela Universidade de Aarhus.

Ambos os experimentos alinharam seus dados em um tipo de gráfico específico para medir esses tipos de movimentos em isótopos. Embora o experimento baseado em cálcio tenha aparecido conforme previsto, o gráfico de itérbio estava ‘fora da linha’, com um desvio estatisticamente significativo na linearidade do gráfico.

Esse não é um motivo para comemoração de uma descoberta de qualquer tipo. Por um lado, embora um bóson pudesse explicar os números, a explicação poderia ser uma diferença na maneira como eles realizam os cálculos, um tipo de correção chamado de deslocamento quadrático de campo.

O motivo para um experimento talvez ter encontrado algo estranho e o outro ter encontrado nada também precisa de uma explicação.

Como sempre, precisamos de mais dados. Muito mais. Mas descobrir exatamente o que constitui mais de um quarto do Universo é uma das maiores questões da ciência, portanto, qualquer pista em potencial deve ser perseguida com entusiasmo.

Adicionar novos tipos de partículas mensageiras de força ao Modelo Padrão não é algo que pode ser descartado por nada existente na física, mas encontrar uma seria uma grande descoberta.

No ano passado, os físicos ficaram empolgados com as partículas se afastando em ângulos estranhos, sugerindo uma força até então desconhecida em ação.

Da mesma forma, um número de elétrons recuando no experimento XENON1T, que pesquisa a matéria escura, deu o que falar no início deste ano, surgindo a especulação sobre um candidato hipotético à matéria escura chamado áxion.

Por mais interessantes que sejam esses resultados, já tivemos nossos corações partidos antes. Em 2016, houve rumores de que um tipo de candidato à matéria escura chamado Bóson de Mandala havia sido localizado entre os dados coletados pelo Grande Colisor de Hádrons em sua busca pela partícula de Higgs.

Essa partícula pode ser considerada uma espécie de versão escura do bóson de Higgs, emprestando à matéria escura sua força sem se tornar evidente.

O CERN jogou um balde de água fria nessa fofoca, é triste dizer. O que não significa que tal partícula não exista ou que os sinais não sejam tentadores – apenas que não podemos confirmá-la com nenhum grau real de certeza.

Colisores maiores, equipamentos mais sensíveis para a detecção e novas maneiras inteligentes de procurar ‘empurrões’ e sinais sutis de partículas virtualmente inexistentes podem um dia nos fornecer as respostas de que precisamos.

A matéria escura com certeza não vai facilitar para gente.

A pesquisa foi publicada na Physical Review Lettersaqui e aqui.