Uma superabundância de antimatéria nas chuvas de partículas carregadas que bombardeiam a Terra, chamadas raios cósmicos, poderia revelar os segredos da matéria escura, a “coisa” mais misteriosa do universo, de acordo com um novo estudo.
A matéria escura representa um desafio para os cientistas porque, segundo estimativas, representa 85% da matéria do cosmos, mas é efetivamente invisível porque não interage com a luz. Isso significa que cada átomo que constitui cada estrela, planeta, lua, asteróide, cometa, humano, livro, xícara de café e gato é superado em número pela matéria escura em cerca de cinco para um.
Um grupo de investigadores liderado por Pedro De la Torre Luque, do Instituto de Física Teórica de Madrid, teoriza que as inexplicáveis quantidades de antimatéria, "partículas-espelho" com cargas opostas às partículas de matéria, como protões e electrões, presentes nos raios cósmicos, poderiam ser o resultado da aniquilação de partículas de matéria escura. No entanto, os detalhes desta conexão podem esclarecer o principal suspeito de matéria escura – WIMPs , um acrônimo para “partículas massivas de interação fraca”.
Fora do caminho, WIMP!
Embora continuem a ser um dos principais suspeitos para explicar a matéria escura, os WIMPs têm permanecido até agora frustrantemente evasivos.
“WIMPs são uma família geral de partículas previstas por muitas extensões mínimas do Modelo Padrão da física de partículas, o modelo que explica as partículas que conhecemos e suas interações”, disse De la Torre Luque. “Elas nunca foram observadas, mas são excelentes candidatas à matéria escura porque são neutras e poderiam ser produzidas no universo primitivo por mecanismos semelhantes ao processo que criou as partículas conhecidas.”
A fraca interação dos WIMPs com o resto das partículas do Modelo Padrão significa que eles podem ter evitado qualquer detecção possível pelos nossos experimentos atuais. É por isso que, se constituem matéria escura, ainda não foi detectada diretamente. Os WIMPs interagiriam gravitacionalmente, assim como a matéria escura . Isto é crucial, porque foi a interação gravitacional da matéria escura que permitiu aos cientistas deduzir a sua existência. Portanto, os WIMPs e a matéria escura são uma excelente combinação também deste ponto de vista.
Uma questão em aberto sobre a matéria escura é se as partículas que a compõem se aniquilam . Aniquilação refere-se ao que acontece quando uma partícula de matéria encontra sua contraparte de antimatéria e elas se destroem. Por exemplo, quando um elétron encontra sua antipartícula, um pósitron, as duas partículas se aniquilam e a energia que as constitui é liberada no cosmos. Foi proposto que a matéria escura “se autoaniquila” nas raras ocasiões em que interage consigo mesma.
“Espera-se que os WIMPs sejam aniquilados, produzindo pares de partículas e antipartículas em quantidades iguais”, disse De la Torre Luque. “Embora esperemos que quantidades mínimas de antipartículas sejam criadas no meio interestelar através dos processos que conhecemos, uma vez que sabemos que a matéria escura permeia todo o nosso universo e os WIMPs são os melhores candidatos que temos para a matéria escura, podemos esperar uma quantidade copiosa de antipartículas criadas na galáxia por esses WIMPs.”
Um diagrama mostra a proporção entre a matéria escura e a matéria “cotidiana” que constitui estrelas, planetas e gatos. (Imagem: Robert Lea (criada com Canva))
A equipe analisou antipartículas de hélio e antihélio em raios cósmicos para tentar encontrar a assinatura da aniquilação do WIMP. Como os átomos de hélio “comuns”, o antihélio pode ter três ou quatro nêutrons. Isto significa que está disponível em dois isótopos: antihélio-3 e antihélio-4.
O experimento Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) 02 a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) encontrou recentemente quantidades muito semelhantes de antihélio-3 e antihélio-4 em raios cósmicos. Os raios cósmicos podem criar antipartículas quando atingem e passam pelo meio interestelar. No entanto, as quantidades de antihélio detectadas nos raios cósmicos são muito superiores às previstas a partir das estimativas da produção antinuclear apenas a partir de partículas de raios cósmicos.
Estação Espacial Internacional
A equipe examinou se a matéria escura candidata ao WIMP poderia explicar essa superabundância de antimatéria. Eles descobriram que a aniquilação do WIMP poderia explicar a superabundância de antihélio-3, mas não as quantidades medidas de antihélio-4.
“Embora as nossas previsões revelem que, com base em cálculos otimistas, podemos explicar as observações do antihélio-3 com WIMPs como matéria escura, esperamos que os WIMPs produzam muito menos antihélio-4. Na verdade, por um fator 1.000 a menos, porque é mais pesado que o antihélio-3”, disse De la Torre Luque. “Descobrimos que os WIMPs não conseguem explicar facilmente estas observações e, para resolver este mistério, precisaríamos de modelos de matéria escura ainda mais exóticos.”
Embora isto possa inicialmente parecer uma má notícia, a visão dos WIMPs como “partículas milagrosas” que satisfazem todos os requisitos da matéria escura levou ao abandono efectivo de muitos outros modelos de partículas.
Algumas destas alternativas aos WIMP podem agora estar de volta à mesa, assim como as explicações não-partículas, como a ideia de que a matéria escura pode ser constituída por “buracos negros primordiais” de tamanho subatómico criados durante o Big Bang.
“Se esta produção antinuclear é o resultado de uma partícula desconhecida na galáxia, esta partícula deverá ter propriedades muito específicas para produzir antihélio”, concluiu De la Torre Luque. “Se descobrirmos que esta partícula pode explicar todas as observações atuais da matéria escura e que pode ter falhado todas as pesquisas atuais de novas partículas em aceleradores de partículas, será uma grande candidata à matéria escura, e a deteção de antihélio poderá ser o nosso único caminho.” para investigá-lo."
Assim, a teoria básica do universo corre o risco de mudar profundamente e fazer desaparecer o WIMP, mas trazendo os miniburacos negros de volta à moda como explicação para a matéria escura.
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O artigo A superabundância de antimatéria muda a concepção de matéria escura, que constitui 85% do universo vem de Cenários Econômicos .
Esta é uma tradução automática de uma publicação publicada em Scenari Economici na URL https://scenarieconomici.it/la-sovrabbondanza-di-antimateria-cambia-la-concezione-della-materia-oscura-che-costituisce-il-85-delluniverso/ em Mon, 14 Oct 2024 07:00:01 +0000.