Do universo conhecemos a matéria ordinária/bariônica (4,9%), matéria escura (26,8%) e energia escura (68,3%). Sobre a substância não detectada chamada “matéria escura”, embora a sua existência tenha sido teorizada há cerca de 90 anos, os cientistas da colaboração JEDI, utilizando técnicas avançadas de aceleradores de partículas, estão a desenvolver novos métodos para a detectar, embora as provas conclusivas permaneçam indefinidas.
“Esta foi a única maneira de conciliar a distribuição de velocidade da matéria visível nas galáxias com o conhecimento existente”, explica Jörg Pretz, um dos coautores do estudo, que também é vice-diretor do Instituto de Física Nuclear do Forschungszentrum Jülich e professor da RWTH Aachen University . . “Uma forma ‘escura’ de matéria, anteriormente não observada, deve adicionalmente estabilizar as galáxias.”
Os físicos têm pesquisado esse assunto desde a década de 1930. A ciência não tem escassez de teorias, mas ninguém ainda conseguiu realmente detectar a matéria escura. “Isto acontece porque a natureza da matéria escura ainda não é completamente clara”, diz o Dr. Volker Hejny, que também é do Instituto de Física Nuclear de Jülich e, tal como o seu colega Jörg Pretz, é membro da colaboração internacional JEDI que conduziu a experiência. JEDI significa Jülich Electric Dipole Moment. As investigações e os cientistas envolvidos na colaboração têm trabalhado na medição dos momentos de dipolo elétrico de partículas carregadas desde 2011.
“A matéria escura não é visível e até agora só se revelou indiretamente através da sua gravidade. O seu efeito é comparativamente pequeno, razão pela qual só se torna realmente aparente no caso de massas enormemente grandes – como galáxias inteiras.”
Os físicos teóricos já propuseram uma série de partículas elementares hipotéticas das quais a matéria escura poderia ser composta. Dependendo das propriedades dessas partículas, vários métodos poderiam ser usados para detectá-las – métodos que não requerem a detecção altamente complexa de efeitos gravitacionais. Esses métodos incluem áxions e partículas semelhantes a áxions.
“Originalmente, os áxions pretendiam resolver um problema na teoria da forte interação da cromodinâmica quântica”, explica Pretz. “O nome axion remonta ao vencedor do Prémio Nobel da Física, Frank Wilczek, e refere-se a uma marca de detergente: a existência das partículas deveria ‘limpar’ a teoria da física, por assim dizer. ”
Para detectar os áxions, os cientistas da colaboração JEDI usaram os spins das partículas. “O spin é uma propriedade única da mecânica quântica que faz com que as partículas se comportem como pequenas barras magnéticas”, explica Hejny. “Essa propriedade é utilizada, por exemplo, em imagens médicas para ressonância magnética ou, abreviadamente, ressonância magnética. Como parte deste processo, os spins dos núcleos atômicos são excitados por fortes campos magnéticos externos.”
A tecnologia de ressonância magnética também é usada para procurar matéria escura. Enquanto na ressonância magnética normal os átomos estão em repouso, num acelerador as partículas movem-se quase à velocidade da luz. Isso torna os exames em algumas áreas muito mais sensíveis e as medições mais precisas.
Na sua experiência, os cientistas JEDI utilizaram uma característica especial do acelerador de partículas COSY de Jülich, nomeadamente a utilização de feixes polarizados. “Em um feixe de partículas convencional, os spins das partículas apontam em direções aleatórias”, diz Pretz. “Em um feixe de partículas polarizadas, entretanto, os spins estão alinhados em uma direção.” Existem apenas alguns aceleradores em todo o mundo que possuem essa capacidade.
Se, como os cientistas suspeitam, um campo de fundo de áxions nos rodear, então isso influenciaria o movimento dos spins – e poderia, portanto, em última análise, ser detectado na experiência. No entanto, o efeito esperado é minúsculo. As medições ainda não são suficientemente precisas. No entanto, embora a experiência JEDI ainda não tenha encontrado evidências de partículas de matéria escura, os investigadores conseguiram restringir ainda mais o possível efeito de interação. E talvez ainda mais significativo, foram capazes de estabelecer um método novo e promissor na busca de matéria escura.
REFERÊNCIA: “Primeira Pesquisa por Partículas Semelhantes a Axions em um Anel de Armazenamento Usando um Feixe de Deuteron Polarizado” por S. Karanth et al. (Colaboração JEDI), 12 de julho de 2023, Physical Review X .
DOI: 10.1103/PhysRevX.13.031004
🌏 Créditos/fonte/Publicação: Por FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH 19 DE SETEMBRO DE 2023 SciTechDaily
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