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Poderiam os ‘fótons escuros’ explicar a matéria escura?
Novas pesquisas sugerem que se a matéria escura fosse composta de “fótons escuros”, ela não teria aquecido o cosmos primitivo como os cientistas pensavam anteriormente. Se correta, esta descoberta poderá representar uma mudança de paradigma na busca pelas coisas mais misteriosas do universo.
Matéria escura permanece tão evasivo porque, apesar de superar a matéria cotidiana que compõe as estrelas, os planetas, as luas e os nossos corpos numa proporção de cinco para um, é efetivamente invisível. Isso ocorre porque ele não interage com a luz. E o fato de que elétrons, prótons e nêutrons fazer interagir com a luz (ou, mais precisamente, radiação eletromagnética) inspirou a busca por partículas além do Modelo Padrão da física de partículas, levando a muitos candidatos hipotéticos para matéria escura.
Um desses candidatos é o fóton escuro, a versão do universo escuro de um fóton que carrega uma força diferente do eletromagnetismo, que é responsabilidade dos fótons padrão.
Quando os fótons escuros foram considerados no passado, os cientistas concluíram que eles teriam se transformado em fótons comuns enquanto ainda estavam incorporados na sopa espessa e densa que preenchia o cosmos primitivo. Isto teria aquecido ainda mais este plasma já extremamente quente e deixado vestígios detectáveis de fótons escuros.
Isto limita severamente os parâmetros de pesquisa nos quais os fótons escuros poderiam existir – tanto que muitas observações cosmológicas excluem a existência de fótons escuros.
Agora, novas simulações computacionais mostram que a eliminação dos fótons escuros pode ter sido um pouco precipitada. A conversão de fótons escuros em fótons teria sido interrompida antes que um aquecimento significativo pudesse ocorrer.
Isso traz de volta os parâmetros de pesquisa anteriormente excluídos.
“Essas exclusões diziam que a força da matéria escura tinha que ser 10^8 vezes mais fraca do que realmente pode ser”, disse o membro da equipe Anson Hook, da Universidade de Maryland. disse em um comunicado. “Este artigo abre muitas novas possibilidades para procurar matéria escura.”
A equipa responsável por esta investigação viu pela primeira vez indícios de que a transformação de fotões escuros em fotões pode não ser tão simples como os cientistas presumiram quando perceberam que a quantidade de energia envolvida era suspeitamente grande. O problema, começaram a suspeitar, era o facto de este processo ter sido considerado linear; em outras palavras, a energia liberada se converte gradual e continuamente em plasma.
“O tratamento dos últimos 15 anos é um tratamento linear. Se você usar essa aproximação, poderá calcular a quantidade de transferência de energia, e é muito grande”, disse Junwu Huang, membro da equipe do Perimeter Institute, no comunicado. “E percebi que não é possível.”
Realizando suas primeiras simulações de computador, Huang e colegas perceberam que o processo linear não consegue pintar um quadro completo.
“O que percebemos é que, à medida que você converte energia no plasma do Modelo Padrão, o plasma realmente enlouquece”, disse Huang. “Existem muitas não linearidades no sistema, e essas não linearidades basicamente interrompem a conversão de energia depois que uma pequena quantidade de energia é convertida.”
A pesquisa representa uma grande ampliação dos parâmetros em que os fótons escuros poderiam existir, expandindo consideravelmente esse campo de caça metafórico. Na verdade, também poderia impactar a busca por partículas hipotéticas além do Modelo Padrão de física de partículas.
“Ao calcular corretamente o plasma do universo primitivo, os experimentos irão sondar novos espaços de parâmetros e potencialmente realmente ver algo”, disse o membro da equipe Mohamad Shalaby, do Perimeter Institute, no comunicado.
A pesquisa da equipe foi publicada em 13 de agosto na revista Cartas de revisão física.
