(Imagem: © ESA / NASA / JPL-Caltech)
Uma mudança na primeira luz do universo pode sugerir que os cientistas precisam repensar a física.
Dois cientistas japoneses observaram a polarização ou orientação da luz da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, uma das primeiras luzes emitidas após o nascimento do universo. Eles descobriram que a polarização dos fótons, ou partículas de luz, pode ser ligeiramente girada de sua orientação original quando a luz foi produzida pela primeira vez. E a energia escura ou a matéria escura podem ter sido responsáveis por essa rotação. (A energia escura é uma força hipotética que está separando o universo, enquanto a matéria escura proposta é uma substância que exerce atração gravitacional, mas não interage com a luz.)
A assinatura girada da polarização do fóton diz aos cientistas que algo pode ter interagido com esses fótons – especificamente algo que viola uma simetria que os físicos chamam de paridade. Essa simetria ou paridade diz que tudo parece e se comporta da mesma maneira, mesmo em um sistema invertido – semelhante a como as coisas parecem no espelho. E se o sistema estivesse seguindo essa regra de paridade, não haveria essa mudança de rotação.
A paridade é mostrada por todas as partículas subatômicas e todas as forças, exceto a força fraca. No entanto, os novos resultados sugerem que qualquer coisa com a qual a luz precoce possa ter interagido pode estar violando essa paridade.
“Talvez haja alguma partícula desconhecida, que contribui para a energia escura, que gira a polarização do fóton”, disse o autor do estudo, Yuto Minami, físico do Instituto de Estudos de Partículas e Nucleares (IPNS) da Organização de Pesquisa do Acelerador de Alta Energia (KEK ) no Japão.
Quando a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, ou CMB, foi emitida pela primeira vez 13.8 bilhões de anos atrás, foi polarizada na mesma direção. Observar como a polarização da luz girou ao longo do tempo permite que os cientistas investiguem a história do universo desde então, observando como a luz mudou ao viajar através do espaço e do tempo.
Anteriormente, os cientistas estudaram a polarização do CMB e como ele foi girado ao longo do tempo, mas não foram capazes de medi-lo com precisão suficiente para estudar a paridade por causa da grande incerteza na calibração dos detectores que medem a polarização do fóton. No novo estudo, publicado em 23 de novembro na revista Physical Review Letters, os pesquisadores descobriram uma maneira de medir com precisão a rotação dos instrumentos usando outra fonte de luz polarizada – poeira de dentro da Via Láctea. Como essa luz não viajou tanto, provavelmente não é fortemente afetada pela energia escura ou matéria escura.
Usando a luz empoeirada da Via Láctea, os cientistas foram capazes de descobrir precisamente como seus instrumentos estavam orientados, então eles sabiam que a rotação da luz era real, não algo causado por seus instrumentos. Isso permitiu que eles determinassem que a rotação de polarização da luz CMB era diferente de zero, o que significa que a luz interagiu com algo que viola a paridade. É possível que algo no início do universo tenha afetado a luz, mas é mais provável que tenha sido algo ao longo do caminho da luz enquanto viajava em direção à Terra, disse Minami ao Live Science.
Esse algo poderia ser energia escura ou matéria escura, o que significaria que as partículas que compõem essas substâncias misteriosas violam a paridade.
Os autores relataram suas descobertas com 99,2% de confiança, o que significa que há uma chance de 8 em 1.000 de obter resultados semelhantes por acaso. No entanto, isso não é tão confiante quanto os físicos exigem para uma prova absoluta. Para isso, eles precisam de cinco sigma, ou 99,999995% de confiança, o que provavelmente não é possível com dados de apenas um experimento. Mas experimentos futuros e existentes podem ser capazes de coletar dados mais precisos, que podem ser calibrados com a nova técnica para atingir um nível de confiança alto o suficiente.
“Nossos resultados não significam uma nova descoberta”, disse Minami. “Só que encontramos um indício disso.”
Publicado em 23/01/2021 10h52
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