O afastamento dos cálculos teóricos foge da explicação
Uma nova medição do “átomo” exótico – que consiste em um elétron e sua antipartícula, um pósitron – discorda dos cálculos teóricos, relatam cientistas na Physical Review Letters de 14 de agosto. E os físicos não sabem explicar.
Uma falha nos cálculos ou no experimento parece improvável, dizem os pesquisadores. E novos fenômenos, como partículas não descobertas, também não fornecem uma resposta fácil, acrescenta o físico teórico Jesús Pérez Ríos, do Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck de Berlim. “No momento, o melhor que posso dizer é que não sabemos”, diz Pérez Ríos, que não estava envolvido com a nova pesquisa.
O pósitron é composto por um elétron, com carga negativa, circulando em órbita com um pósitron, com carga positiva – tornando o que é efetivamente um átomo sem núcleo. Com apenas duas partículas e livre das complexidades de um núcleo, o pósitron é atraente e simples. Sua simplicidade significa que pode ser usado para testar com precisão a teoria da eletrodinâmica quântica, que explica como as partículas eletricamente carregadas interagem.
Uma equipe de físicos da University College London mediu a separação entre dois níveis de energia específicos de pósitron, o que é conhecido como sua estrutura fina. Os pesquisadores formaram pósitron colidindo um feixe de pósitrons com um alvo, onde se encontraram com os elétrons. Depois de manipular os átomos de pósitron com um laser para colocá-los no nível de energia apropriado, a equipe os atingiu com radiação de microondas para induzir alguns deles a pularem para outro nível de energia.
Os pesquisadores identificaram a frequência de radiação necessária para fazer os átomos darem o salto, que é equivalente a encontrar o tamanho da lacuna entre os níveis de energia. Enquanto a frequência prevista pelos cálculos era de cerca de 18.498 megahertz, os pesquisadores mediram cerca de 18.501 megahertz, uma diferença de cerca de 0,02 por cento. Dado que o erro experimental estimado foi de apenas 0,003 por cento, essa é uma grande lacuna.
A equipe procurou por problemas experimentais que pudessem explicar o resultado, mas não deu certo. Agora são necessários experimentos adicionais para ajudar a investigar a incompatibilidade, diz o físico Akira Ishida, da Universidade de Tóquio, que não esteve envolvido no estudo. “Se ainda houver discrepância significativa após outras medições precisas, a situação se torna muito mais emocionante.”
A previsão teórica também parece sólida. Na eletrodinâmica quântica, fazer previsões envolve cálculos com um certo nível de precisão, deixando de fora termos que são menos significativos e mais difíceis de calcular. Espera-se que esses termos adicionais sejam pequenos demais para explicar a discrepância. Mas, “é concebível que você possa se surpreender”, diz o físico teórico Greg Adkins, do Franklin & Marshall College em Lancaster, Pensilvânia, também não envolvido com a pesquisa.
Se os experimentos e os cálculos teóricos forem confirmados, a discrepância pode ser devido a uma nova partícula, mas essa explicação também parece improvável. Os efeitos de uma nova partícula provavelmente teriam aparecido em experimentos anteriores. Por exemplo, diz Pérez Ríos, os níveis de energia do pósitron podem ser afetados por uma partícula semelhante a um axião hipotética. Essa é uma partícula leve que tem o potencial de explicar a matéria escura, um tipo invisível de matéria que permeia o universo. Mas se esse tipo de partícula estivesse causando essa incompatibilidade, os pesquisadores também teriam visto seus efeitos nas medições das propriedades magnéticas do elétron e de seu primo mais pesado, o múon.
Isso deixa os cientistas ainda em busca de uma resposta, diz o físico David Cassidy, co-autor do estudo. “Vai ser algo surpreendente. Eu simplesmente não sei o quê.”
Publicado em 26/08/2020 19h51
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