Estudo tenta desvendar se a matéria escura pode interagir com a matéria e a antimatéria de formas diferentes

Um novo artigo pergunta: e se a antimatéria for o portal para um universo sombrio? Ok, não é bem isso, mas ela pode nos ajudar a entender o que é a tal da matéria escura que ninguém conseguiu detectar até agora.

As medições do universo revelam que a maior parte de sua massa parece ser “matéria escura”. Este é o nome dado a um material invisível que interage com a matéria comum através das leis da gravidade, mas que não foi diretamente detectado, apesar dos grandes esforços para encontrá-lo.

Os cientistas estão caçando a matéria escura em várias frentes. Uma equipe está procurando o áxion, que é considerado por muitos cientistas como um dos mais prováveis constituintes da matéria escura por causa da maneira como ele interage com um tipo de matéria chamado antimatéria.

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Os áxions são, talvez, o segundo candidato mais popular à matéria escura. Eles estão depois de uma classe de partículas chamada WIMPs, sigla em inglês para “partículas massivas de interação fraca”, que também não foram descobertas. Os áxions são partículas hipotéticas de massa incrivelmente baixa. Eles foram propostos originalmente pelos cientistas para resolver um mistério da física de partículas chamado problema CP forte, mas os cientistas perceberam mais tarde que essas partículas poderiam explicar a massa extra no universo.

Enquanto isso, a antimatéria é como o gêmeo do mal da matéria. Toda partícula subatômica possui uma antipartícula correspondente, uma imagem espelhada com a mesma massa, mas com carga elétrica oposta. A antimatéria não é particularmente rara e é produzida nos processos típicos de decaimento atômico que ocorrem aqui na Terra. No entanto, há muito menos antimatéria que a matéria no universo, e os físicos não sabem ao certo o porquê.

Os cientistas geralmente assumem que a matéria escura interagiria com a matéria e a antimatéria da mesma maneira, disse Christian Smorra, principal autor do artigo e pesquisador da RIKEN no Japão, por e-mail. Mas “essa suposição nunca foi testada experimentalmente até agora, uma vez que as pesquisas de matéria escura na física atômica usavam apenas sondas de matéria”, não sondas de antimatéria. Talvez a antimatéria interaja com a matéria escura de uma maneira que a matéria comum não.

Os pesquisadores que trabalham em instituições no Japão, Alemanha, Suíça e Estados Unidos coletaram dados usando o Experimento de Simetria Baryon-Antibaryon (BASE, na sigla em inglês) no CERN na Suíça. O desacelerador antipróton do CERN produz e retarda os homólogos de antimatéria dos prótons, chamados antiprótons, e o BASE os prende em um vácuo extremo.

A equipe fez três meses de medições de precisão desses antiprótons em 2017, observando como eles agiam em um campo magnético. Agora, os cientistas reexaminaram esses dados, buscando alterações na precessão de rotação dos antiprótons. As partículas têm uma rotação inata que as torna como uma versão quântica de um pião. A interação com áxions, a partícula teorizada de matéria escura, pode mudar a maneira como eles giram em torno de seu eixo de rotação, do mesmo jeito que um pião oscila antes de cair.

Essa estratégia de pesquisa traz um benefício adicional: se a matéria escura interage com a antimatéria de uma maneira diferente da matéria regular, isso pode ajudar a explicar por que há muito mais matéria do que a antimatéria no universo.

Como sempre foi o caso nas pesquisas de matéria escura, os pesquisadores não encontraram evidências de áxions, de acordo com o artigo publicado na Nature. Mas nesta era da física, onde as coisas óbvias já foram descobertas, os cientistas precisam gastar muito tempo descartando quais propriedades a matéria escura não possui, esperando que eventualmente uma descoberta surja de todos os resultados nulos.

É uma caçada importante. “Fico feliz que alguém esteja prestando atenção nos acoplamentos do áxion, além dos acoplamentos áxion-fóton”, ou seja, buscando áxions que interagem com partículas que conhecemos além das partículas de luz. Quem diz isso é Chanda Prescod-Weinstein, professora assistente de física que estuda áxions na Universidade de New Hampshire. Ela falou com o Gizmodo por e-mail.

Apesar de mais um resultado nulo, a pesquisa não terminou. “Trabalhos futuros devem ter como objetivo restringir ainda mais o acoplamento áxion-antipróton e procurar evidências de interações entre a matéria escura, o áxion e outras formas de antimatéria, como os pósitrons (antipartículas de elétrons)”, escreveu Gianpaolo Carosi, físico do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, em um comentário da Nature.

Em seguida, a equipe melhorará a sensibilidade de suas medições, disse Smorra ao Gizmodo. Tudo o que sabemos sobre os áxions é que eles são muito leves — mas há toda uma gama de quão leves eles poderiam ser, se realmente existirem. A busca por matéria escura continua.