Provas promissoras para a existência de uma partícula de matéria escura hipotética foram descobertas em um experimento feito por uma equipe liderada por Vladan Vuletić no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. No entanto, uma medição relacionada por Michael Drewsen na Universidade Aarhus na Dinamarca e seus colegas não encontraram sinais do chamado “bóson escuro”.
Os físicos sabem que o modelo padrão da física de partículas não pode ser completo em sua forma atual. Por um lado, ele não descreve a matéria escura – uma substância elusiva que tem uma profunda influência na evolução das galáxias e estruturas em grande escala no universo. Candidatos teóricos atuais para matéria escura incluem partículas hipotéticas como axions e WIMPs – mas tentativas de décadas de detecção direta de tais partículas falharam.
Se as partículas de matéria escura se comportam de maneira amplamente semelhante às partículas massivas conhecidas, como os elétrons, as interações entre as partículas de matéria escura devem ser mediadas por um bóson escuro. Em junho de 2020, os físicos no detector de matéria escura XENON observaram flashes de luz em excesso em uma câmara subterrânea de xenônio líquido, que pode estar relacionada a um bóson escuro.
Nêutrons e elétrons interagindo
É possível que um bóson escuro pudesse mediar as interações entre partículas conhecidas – por exemplo, entre nêutrons e elétrons em um átomo. Isso teria um efeito minúsculo nos níveis de energia do átomo, o que poderia ser revelado por meio de medições espectroscópicas de alta precisão.
Agora, as equipes de Vuletić e Drewsen buscaram evidências de um bóson escuro no espectro atômico de isótopos de itérbio e cálcio, respectivamente. Os isótopos foram usados porque seus núcleos têm diferentes números de nêutrons e, portanto, interações potencialmente diferentes do bóson escuro com os elétrons.
Usando espectroscopia de alta resolução, cada equipe mediu mudanças no espectro atômico de cinco diferentes isótopos dos átomos, conforme seus elétrons faziam a transição entre dois níveis específicos de energia hiperfina. Eles então produziram “gráficos de King” dessas transições – que representam graficamente a frequência observada de uma transição em relação à outra.
De acordo com o modelo padrão, esses gráficos de King devem ser perfeitamente lineares – o que Drewson e colegas descobriram em seu estudo de isótopos de cálcio. No entanto, Vuletić e colegas mediram uma mudança distinta da linearidade com uma significância estatística de 3σ – que é muito baixa para ser considerada uma descoberta. A equipe diz que a mudança pode ser uma evidência da existência de bósons escuros, mas também está de acordo com outra modificação proposta do Modelo Padrão.
Ambas as equipes agora planejam fazer medições mais precisas das transições de elétrons hiperfinos.
Publicado em 30/09/2020 12h52
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