Uma substância invisível permeia o universo, alterando os caminhos das estrelas e galáxias.
Essa assim chamada matéria escura exerce uma atração gravitacional, mas nunca interage com a luz. Ninguém sabe do que é feito e tem sido impossível detectar até agora. Mas uma nova teoria poderia finalmente fornecer uma maneira de testar a matéria escura.
A matéria escura pode ser composta de estranhos meio-ímãs, disseram físicos teóricos da Universidade da Califórnia, em Davis, em uma apresentação em 6 de junho na conferência Planck 2019 em Granada, na Espanha. E ao ligar um microscópio eletrônico realmente poderoso (ainda inexistente), poderemos finalmente detectá-lo.
Mas nem todos os físicos estão convencidos.
“Eu acho que é legal, mas não muito promissor”, disse Sabine Hossenfelder, pesquisadora do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt, que não fez parte do estudo. “Existem infinitas partículas que você pode inventar e que podem compensar a matéria escura.” Este é apenas mais um deles, ela acrescentou.
“Para cada uma dessas partículas, você pode fazer muitos cálculos, publicar documentos e pensar em experimentos, para os quais você pode tentar obter financiamento”, disse ela. “Se você for realmente sortudo, alguém fará sua experiência – que então não encontrará nada.”
A busca pela matéria escura
Embora as teorias prevejam a existência da matéria escura, não temos idéia do que parece ou do que é feito. Por um tempo, houve “uma bela história” de que a matéria escura era composta por uma pesada e tímida fera de uma partícula conhecida como Weakly Interacting Massive Particle, ou WIMP, disse o co-autor do novo estudo, John Terning. professor de física na Universidade da Califórnia, Davis.
Durante anos, os cientistas procuraram por essas partículas lentas e sem carga usando poderosos aceleradores de partículas. Mas com o passar do tempo, os físicos descartaram mais e mais candidatos do WIMP – e a ideia popular perdeu força. Embora não esteja completamente descartada, “nos últimos 10 anos, as pessoas vêm pensando em outras possibilidades além das WIMPs”, disse Terning.
Outra teoria propõe que a matéria escura é, na verdade, composta de partículas de luz, ou fótons.
“Além dos fótons comuns que podemos ver, pode haver alguns fótons que não podemos ver”, disse Terning. Esses chamados “fótons escuros” são partículas hipotéticas que têm massa, mas são mais leves que os elétrons. Fótons escuros interagem – ainda que fracamente – com fótons regulares.
Nesse novo estudo, Terning e seu pesquisador pós-doutorado Christopher Verhaaren construíram sobre essa teoria, propondo que a matéria escura também poderia ser composta de meio-ímãs escuros. Esses meio-ímãs hipotéticos seriam versões escuras dos monopólos há muito procurados, ou ímãs. que só tem um único pólo, que o físico Paul Dirac propôs pela primeira vez na década de 1930. (Apesar de décadas de caça, ninguém encontrou qualquer evidência para eles na natureza ainda.)
Dirac não apenas propunha monopólios; ele também propôs que um elétron se movendo ao redor de um monopolo seria influenciado por seu campo magnético. Então, se a teoria de Terning e Verhaaren estiver correta, e versões escuras desses meio-ímãs espreitam em algum lugar do universo – e se esses meio-ímãs escuros agirem como o monopolo de Dirac – eles também deixariam pistas sutis nos caminhos dos elétrons.
Se existem monopolos escuros, eles emitem fótons escuros que podem se transformar em fótons regulares antes de serem absorvidos pelos elétrons, disse Terning. Essa interação faria com que os elétrons girassem ou mudassem de curso apenas um pouquinho, produzindo um padrão de interferência chamado efeito Aharonov-Bohm. (Elétrons não são apenas partículas, eles também são ondas, e um padrão de interferência é o que aparece quando os picos e vales na “equação de onda” do elétron se somam ou se anulam, criando uma série de luz paralela e Terning e Verhaaren propõem que possam detectar esta pequena alteração nos padrões de interferência de elétrons usando microscópios eletrônicos.
Excitados pelo sol
Se existe matéria escura, ela está em nós e em toda a nossa volta – incluindo dentro e ao redor de qualquer microscópio de feixe de elétrons que usaríamos para detectá-la. Mas para detectar a matéria escura através de sua perturbação de elétrons, os estranhos meio-ímãs que compõem a matéria escura precisariam ter um campo magnético suficientemente forte. Isso significa que esses meio-ímãs precisariam ter muita energia.
Monopólos que passam perto do sol podem ficar excitados, ganhar mais energia e depois descer para a Terra, disse Terning. Ele prevê que cerca de cinco desses monopólos excitados por dia passariam por algo do tamanho de seu microscópio de feixe de elétrons proposto. “Isso não é ruim porque os detectores habituais do WIMP ficariam felizes se tivessem cinco eventos por ano”, disse ele.
Além disso, a mudança na fase de elétrons causada por meio-ímãs escuros seria tão pequena que, para detectá-la, precisaríamos de microscópios de feixe de elétrons incrivelmente de alta resolução – os que existem atualmente provavelmente não são poderosos o suficiente . Esse microscópio eletrônico precisaria ter uma resolução cinco vezes maior do que a existente atualmente, disse Terning.
De qualquer forma, esperamos “levar essas pessoas com os super-sofisticados microscópios eletrônicos interessados ??em procurar por isso” ou “talvez tenhamos que construir outra apenas para sentar e esperar pela matéria escura”, disse Terning.
As várias teorias concorrentes da matéria escura nos contariam histórias completamente diferentes sobre como o universo primordial se formou, disse ele. Além disso, uma vez que você descubra de que matéria escura é feita – se é leve ou pesada – as pessoas poderiam criar fábricas de matéria escura, aqui na Terra. “Se é muito leve, você não precisa de muita energia para produzir sua própria matéria escura.”
Publicado em 23/08/2019
Artigo original: https://www.livescience.com/electron-microscope-could-detect-dark-half-magnets.html e estudo: https://arxiv.org/pdf/1906.00014.pdf
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