Fótons escuros podem explicar um dos maiores mistérios do universo: WebCuriosos

Uma forma sombria de luz dentro de um universo de partículas hipotéticas está sendo seriamente considerada como meio de descobrir a identidade da matéria escura.

De acordo com uma nova análise abrangente em cromodinâmica quântica, o fóton escuro se ajusta muito melhor aos resultados observados de experimentos com colisores de partículas do que o modelo padrão da física de partículas, por uma margem bastante ampla.

Na verdade, uma equipe de pesquisadores liderada pelo físico Nicholas Hunt-Smith, do Centro de Excelência ARC para Física de Partículas de Matéria Escura e a Universidade de Adelaide, na Austrália, calcularam um nível de confiança de 6,5 sigma, sugerindo que as probabilidades de os fotões escuros não explicarem as observações estão na casa de uma em mil milhões.

“A existência da matéria escura foi firmemente estabelecida a partir das suas interações gravitacionais, mas a sua natureza precisa continua a escapar-nos, apesar dos melhores esforços dos físicos de todo o mundo,” diz Anthony Thomasfísico da Universidade de Adelaide.

“A chave para compreender este mistério pode estar no fóton escuro, uma partícula teórica massiva que pode servir como um portal entre o setor escuro das partículas e a matéria regular.”

A matéria escura é um dos maiores mistérios do Universo. Não sabemos o que é, mas há algo por aí que está a ter um efeito gravitacional na matéria normal.

As galáxias giram mais rápido do que deveriam se estivessem apenas cheias de partículas normais. O caminho da luz curva-se em torno de objetos massivos de forma mais pronunciada do que deveria, apenas com base na gravidade gerada pela matéria normal.

Existem vários candidatos à matéria escura por aí, mas ainda não os identificamos. E o modelo padrão não ajuda em nada, na verdade. É ótimo para a física das partículas de matéria normal, mas ainda não foi capaz de fornecer uma explicação para a matéria escura.

Uma possibilidade é que hipotética fótons escuros estão envolvidos de alguma forma. Assim como os fótons normais são portadores de força para o eletromagnetismo – os fótons claros e escuros podem estar conectados à matéria escura.

Hunt-Smith e seus colegas da Universidade de Adelaide e do Laboratório Jefferson, nos EUA, investigaram os produtos de colisões de partículas em busca de evidências dessas partículas evasivas.

“Em nosso último estudo,” Tomás diz“examinamos os efeitos potenciais que um fóton escuro poderia ter no conjunto completo de resultados experimentais do processo de espalhamento inelástico profundo.”

Espalhamento inelástico profundo refere-se a uma maneira específica pela qual as partículas podem se espalhar após uma colisão de alta energia. Usando dados de vários colisores de partículas, os investigadores exploraram a possibilidade de os fotões escuros desempenharem um papel subtil na forma como as partículas divergem após um impacto.

Eles também incluíram um espinho específico na lateral do modelo padrão, o anomalia magnética do múon. As medições da forma como o múon se agita num campo magnético forte discordam das previsões do modelo padrão em 3 a 4 desvios padrão, sugerindo a atividade de forças ainda a serem estudadas.

Eles descobriram que a introdução da possibilidade de um fóton escuro não apenas aumenta a preferência pelo fóton escuro como candidato, mas também reduz significativamente a anomalia magnética do múon.

“Usamos a estrutura de análise global da função de distribuição de parton do Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) de última geração, modificando a teoria subjacente para permitir a possibilidade de um fóton escuro,” Tomás diz.

“Nosso trabalho mostra que a hipótese do fóton escuro é preferida à hipótese do modelo padrão com uma significância de 6,5 sigma, o que constitui evidência para a descoberta de uma partícula.”

Embora ainda haja trabalho considerável antes de podermos afirmar que existem fotões escuros, os investigadores esperam que as suas descobertas convençam outros investigadores de anomalias a verificar as suas somas de raios de luz para além do Modelo Padrão.

A pesquisa foi publicada no Jornal de Física de Altas Energias.