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Cientistas encontram vestígios de partícula que pode decifrar a matéria escura

O áxion é candidato para componente da matéria escura porque, assim como a matéria escura, ele não pode realmente interagir com a matéria comum

Cientistas finalmente encontraram traços do áxion, uma partícula hipotética que raramente interagiria com a matéria normal. Considerada como a melhor explicação para a matéria escura, essa partícula foi proposta pela primeira vez há mais de 40 anos, mas ainda não tinha sido encontrada. Até agora — ou ao menos traços dela.

Roberto Peccei e Helen Quinn trouxeram ao mundo a proposta do áxion, na chamada teoria de Peccei-Quinn. De acordo com a teoria, se os áxions existirem e tiverem uma massa baixa dentro de uma faixa específica, eles podem ser um possível componente da matéria escura fria (MEF).

Bem, não foi exatamente no espaço que os pesquisadores encontraram pistas da existência do áxion. Em vez disso, as assinaturas matemáticas dessa partícula foram encontradas em um material exótico aqui na Terra – o semimetal. Ao contrário do que se espera de uma partícula, o áxion descoberto age como uma onda de elétrons nesse material super-resfriado.

Pista para decifrar a matéria escura
O áxion é candidato para componente da matéria escura porque, assim como a matéria escura, ele não pode realmente interagir com a matéria comum. Essa é a característica que torna essa partícula extremamente difícil de detectar para se comprovar sua existência. Afinal, se ela não interage com nada, como detectar usando os telescópios espaciais existentes? Então, os pesquisadores decidiram tentar outra abordagem, usando um material conhecido como matéria condensada.

Experimentos de matéria condensada foram usados ​​para “encontrar” partículas previstas em vários casos, como o da quase-partícula férmion de Majorana. Nessa técnica, as partículas não são detectadas no sentido usual, mas são encontradas como vibrações coletivas em materiais que se comportam e respondem exatamente como a partícula faria.

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Conceito de como se pareceria a matéria escura, caso pudéssemos vê-la. O áxion é uma das partículas candidatas a compor a matéria invisível (Imagem: Shutterstock)
A equipe de pesquisa trabalhou com o férmion de Weyl, um semimaterial no qual os elétrons se comportam como se não tivessem massa, não interagem entre si e são divididos em dois tipos: destro e canhoto. Isso faz com que ele seja um férmion quiral. A quiralidade nos semimetais de Weyl é conservada, ou seja, há um número igual de elétrons destros e canhotos. O resfriamento deste semimetal a 12 graus Fahrenheit (menos 11 graus Celsius) permitiu que os elétrons interagissem e se condensassem em um cristal próprio.

Assim, os pesquisadores observaram ondas de vibração no cristal de elétrons que respondiam aos campos elétricos e magnéticos exatamente como os áxions supostamente fariam. No resultado, também não havia um número igual de elétrons destros e canhotos, outra característica prevista – os áxions provavelmente quebrariam a conservação da quiralidade.

Os estudos para encontrar o áxion enquanto partícula independente continuarão, mas experimentos como esse ajudam os instrumentos de detecção mais tradicionais porque fornecem algumas estimativas das propriedades da partícula. Isso dá a outros pesquisadores uma ideia melhor de onde procurar.

De acordo com o físico Johannes Gooth, co-autor do estudo, “o problema de observar o espaço sideral é que você não pode controlar muito bem seu ambiente experimental”. É que, se você procura por algo no espaço, será preciso esperar que um evento aconteça e, então, tentar detectá-lo. “Uma teoria é primeiro um conceito matemático”, e experimentos com matéria condensada permitem “mostrar que esse tipo de matemática existe na natureza”, completa Gooth.

Fonte: Canal Tech
Créditos: Canal Tech

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