Dois físicos teóricos da Universidade da Califórnia, em Davis, têm um novo candidato à matéria escura e uma possível maneira de detectá-la. Eles apresentaram seu trabalho em 6 de junho na conferência Planck 2019 em Granada, Espanha e foi submetido para publicação.
Pensa-se que a matéria escura compõe pouco mais de um quarto do nosso universo, com a maior parte do resto sendo ainda mais misteriosa energia escura. Não pode ser visto diretamente, mas a presença da matéria escura pode ser detectada porque sua gravidade determina a forma de galáxias distantes e outros objetos.
Muitos físicos acreditam que a matéria escura é composta de alguma partícula a ser descoberta. Por algum tempo, o candidato favorito tem sido o Weakly Interacting Massive Particle ou WIMP. Mas, apesar de anos de esforço, os WIMPs até agora não apareceram em experimentos projetados para detectá-los.
“Ainda não sabemos o que é matéria escura”, disse John Terning, professor de física na UC Davis e co-autor do artigo. “O principal candidato por muito tempo foi o WIMP, mas parece que está quase completamente descartado.”
Uma alternativa ao modelo WIMP de matéria escura requer uma forma de “eletromagnetismo escuro”, incluindo “fótons escuros” e outras partículas. Fótons escuros teriam algum acoplamento fraco com fótons “regulares”.
Em seu novo artigo, Terning e Christopher Verhaaren, um pesquisador de pós-doutorado, acrescentam uma virada a essa ideia: um “monopolo” magnético escuro que interage com o fóton escuro.
No mundo macroscópico, os ímãs sempre têm dois pólos, norte e sul. Um monopolo é uma partícula que age como uma extremidade de um ímã. Monopólos são previstos pela teoria quântica, mas nunca foram observados em um experimento. Os cientistas sugerem que monopólios escuros interagiriam com fótons escuros e elétrons escuros, da mesma forma que a teoria prevê que elétrons e fótons interagem com monopólos.
Uma nova maneira de detectar a matéria escura
E isso implica uma maneira de detectar essas partículas escuras. O físico Paul Dirac previu que um elétron se movendo em círculo próximo a um monopolo captaria uma mudança de fase em sua função de onda. Como os elétrons existem como partículas e ondas na teoria quântica, o mesmo elétron poderia passar de um lado para o outro do monopolo e, como resultado, estar ligeiramente fora de fase no outro lado.
Esse padrão de interferência, chamado de efeito Aharonov-Bohm, significa que um elétron passando ao redor de um campo magnético é influenciado por ele, mesmo que não passe pelo campo em si.
Terning e Verhaaren argumentam que você poderia detectar um monopolo escuro por causa da maneira como ele desloca a fase dos elétrons quando eles passam.
“Este é um novo tipo de matéria escura, mas também tem uma nova maneira de procurá-lo”, disse Terning.
Os feixes de elétrons são relativamente fáceis de obter: os microscópios eletrônicos foram usados ??para demonstrar o efeito Aharonov-Bohm na década de 1960, e a tecnologia de feixes de elétrons melhorou com o tempo, observou Terning.
Teoricamente, partículas de matéria escura estão fluindo através de nós o tempo todo. Para ser detectável no modelo de Terning e Verhaaren, os monopólos teriam que ser excitados pelo sol. Então, levariam cerca de um mês para chegar à Terra, viajando a cerca de um milésimo da velocidade da luz.
Por outro lado, a mudança de fase prevista é extremamente pequena – menor do que a necessária para detectar ondas de gravidade, por exemplo. No entanto, Terning observou que, quando o experimento da onda gravitacional LIGO foi proposto pela primeira vez, a tecnologia para fazê-lo funcionar não existia – em primeiro lugar, a tecnologia alcançou o tempo.
Publicado em 11/06/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-06-candidate-dark.html
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