No ano passado, os físicos relataram que um detector experimental de matéria escura detectou um sinal estranho que poderia indicar uma nova física, e vários "suspeitos" foram identificados. Cientistas de Cambridge deram uma resposta que não foi considerada na época - o experimento pode ter descoberto pela primeira vez a energia escura, uma força misteriosa que acelera a expansão do universo.
Embora se acredite que a matéria escura supera a matéria comum por um fator de cinco, a matéria escura permanece indefinida. Ele não interage com a luz e parece se manifestar principalmente por meio de influências gravitacionais em escalas cósmicas, como estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias.
Mas de vez em quando, uma partícula de matéria escura pode colidir com uma partícula comum de matéria de uma forma que podemos detectar com o equipamento certo.
O XENON1T foi uma das versões deste equipamento. O experimento, realizado na Itália entre 2016 e 2018, era essencialmente um grande tanque cheio de xenônio líquido armazenado no subsolo. A ideia era que, se uma partícula de matéria escura varresse o reservatório, ela excitaria átomos de xenônio para produzir uma explosão de luz e elétrons livres que um conjunto de sensores pode detectar.
Mas isso não é tão fácil quanto pode parecer. Outras partículas conhecidas podem ter o mesmo efeito. Colocar o experimento no subsolo ajuda a reduzir esse ruído de fundo, mas não todo. Assim, os cientistas calculam o nível de fundo esperado dos eventos e, em seguida, verificam se a detecção real é maior.
Na verdade, foi assim. No ano passado, os cientistas relataram "um aumento surpreendente no número de eventos" - 53, para ser mais preciso - sobre o cenário esperado de 232. Algo estranho parecia estar acontecendo, mas seria matéria escura?
O principal candidato na época era uma partícula elementar hipotética chamada axion solar. Como o nome sugere, eles podem ser produzidos pelo Sol e, embora não sejam considerados candidatos à matéria escura, outros tipos de axions são, portanto, encontrar evidências para qualquer um deles seria um passo importante.
Mas após uma investigação mais aprofundada, a equipe de Cambridge argumenta que serão necessários muitos axions solares para receber o sinal observado.
Em vez disso, eles sugerem outro culpado - uma partícula que carrega o poder da energia escura. Esse é o nome da força repulsiva que parece estar causando a aceleração da expansão do universo, e um de seus modelos inclui as chamadas partículas camaleônicas.
Essencialmente, prevê-se que essas partículas tenham diferentes massas e efeitos dependendo da quantidade de matéria ao seu redor. Assim, em áreas de alta densidade como a Terra, sua massa é grande, mas sua força age apenas em uma distância minúscula.
No entanto, no espaço interestelar, onde quase não há matéria, os camaleões terão menos massa, mas sua influência se estende muito mais longe. Essa mudança poderia explicar a observação bizarra de que a energia escura não parece ter nenhum efeito local, mas a afeta fortemente em uma escala galáctica.
Essa hipótese pode parecer muito conveniente para ser verdade, mas é exatamente a favor - ideias que podem ser testadas para encontrar evidências a favor ou contra. E, de acordo com a equipe de física de Cambridge, podemos ter encontrado evidências de que os camaleões carregam energia escura em excesso dos eventos em XENON1T.
Os pesquisadores modelaram o que aconteceria se as partículas camaleônicas criadas pelo sol em uma região altamente magnética chamada taquoclina passassem pelo detector XENON1T. Na verdade, o sinal parecia muito semelhante ao observado.
“Foi realmente surpreendente que esse excesso pudesse, em princípio, ser causado pela energia escura e não pela matéria escura”, disse Sunny Vagnozzi, a primeira autora do estudo. "Quando as coisas acontecem assim, é realmente algo especial."
Claro, o caso está longe de encerrado. Eventos adicionais ainda não foram devidamente confirmados, mas versões estendidas do experimento podem esclarecer os resultados.
“Em primeiro lugar, precisamos saber que não foi apenas um acidente”, diz Luca Vizinelli, coautor do estudo. "Se o XENON1T realmente visse algo, você esperaria ver um excesso semelhante novamente em experimentos futuros, mas desta vez com um sinal muito mais forte."
O estudo foi publicado na revista Physical Review D.
2021-09-21 04:13:23
Autor: Vitalii Babkin