Uma substância invisível permeia o universo, alterando os caminhos das estrelas e galáxias.
Essa chamada matéria escura exerce uma força gravitacional, mas nunca interage com a luz. Ninguém sabe do que é feito e foi 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 meios-ímãs estranhos, disseram físicos teóricos da Universidade da Califórnia, Davis, em uma apresentação em 6 de junho na conferência Planck 2019 em Granada, Espanha. E, ao ligar um microscópio eletrônico realmente poderoso (ainda não existente), poderemos finalmente detectá-los.
Mas nem todos os físicos estão convencidos.
"Acho legal, mas não muito promissor", disse Sabine Hossenfelder, pesquisadora do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt, que não participou do estudo. "Existem infinitas partículas que você pode inventar que podem compor a matéria escura". Este é apenas mais um deles, 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 tiver realmente sorte, alguém fará o seu experimento - que não encontrará nada".
A busca pela matéria escura
Embora as teorias prevejam que a matéria escura existe, não temos idéia de como ela é ou de que é feita. Por um tempo, houve "uma bela história" de que a matéria escura era composta de uma besta pesada e tímida de uma partícula conhecida como Partícula Maciça de Interação Fraca, ou WIMP, disse o co-autor do novo estudo, John Terning, professor de física na Universidade da Califórnia, Davis.
Durante anos, os cientistas procuraram essas partículas lentas e sem carga usando poderosos aceleradores de partículas. Mas com o passar do tempo, os físicos descartaram cada vez mais candidatos ao WIMP - e a idéia popular perdeu força. Embora não esteja totalmente descartado, "nos últimos 10 anos, as pessoas têm pensado em outras possibilidades além dos WIMPs", disse Terning.
Outra teoria propõe que a matéria escura é realmente 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 possuem massa, mas são mais leves que os elétrons. Fótons escuros interagem - embora de maneira bastante fraca - com fótons regulares.
Neste novo estudo, Terning e seu pesquisador de pós-doutorado Christopher Verhaaren construíram essa teoria, propondo que a matéria escura também poderia ser composta de meio-ímãs escuros. que só têm um único pólo, proposto pelo físico Paul Dirac nos anos 30. (Apesar de décadas de caça, ninguém encontrou nenhuma evidência para eles na natureza ainda.)
Dirac não apenas propôs monopólos; ele também propôs que um elétron se movendo em torno de um monopolo seria influenciado por seu campo magnético. Portanto, se a teoria de Terning e Verhaaren estiver certa, e versões escuras desses meios-ímãs se escondem em algum lugar do universo - e se esses meios-ímãs escuros agirem como o monopolo de Dirac - eles também deixariam pistas sutis nos caminhos dos elétrons.
Se existirem monopólos escuros, eles emitem fótons escuros que podem se transformar em fótons regulares antes de serem absorvidos por elétrons, disse Terning. Essa interação faria com que os elétrons girassem ou mudassem um pouco o curso, produzindo um padrão de interferência chamado efeito Aharonov-Bohm. (Os elétrons não são apenas partículas, são também 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 cancelam, criando uma série de luz paralela e Terning e Verhaaren propõem que eles possam detectar essa alteração muito pequena nos padrões de interferência eletrônica usando microscópios eletrônicos.
Animado pelo sol
Se a matéria escura existe, ela está em nós e ao nosso redor - 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 meios-ímãs que compõem a matéria escura precisariam ter um campo magnético suficientemente forte. Isso significa que esses meios-ímãs precisariam ter muita energia.
Monopólos que passam perto do sol podem se excitar, 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 do microscópio de feixe de elétrons proposto. "Isso não é ruim, porque os detectores WIMP comuns ficariam felizes se recebessem cinco eventos por ano", disse ele.
Além disso, a mudança na fase eletrônica causada pelos meios-ímãs escuros seria tão pequena que, para detectá-la, precisaríamos de microscópios de feixe de elétrons de alta resolução - os que existem atualmente provavelmente não são poderosos o suficiente . Esse microscópio eletrônico precisa ter uma resolução cinco vezes maior do que a existente atualmente, disse Terning.
De qualquer forma, esperamos "levar essas pessoas com microscópios eletrônicos super-sofisticados interessados em procurar por isso" ou nós "talvez tenhamos que construir outro apenas para sentar e esperar a matéria escura", disse Terning.
As várias teorias concorrentes da matéria escura nos contariam histórias completamente diferentes sobre como o universo primitivo se formou, disse ele. Além do mais, uma vez que você descubra do que a matéria escura é realmente feita - sejam partículas leves ou pesadas -, as pessoas poderiam criar fábricas de matéria escura, de algum tipo, aqui na Terra. "Se estiver muito claro, você não precisa de muita energia para produzir sua própria matéria escura."
Os cientistas publicaram seu estudo na revista de pré-impressão arXiv. Ainda não foi revisado por pares.
