Observações do movimento de nêutrons e átomos de metais pesados em temperaturas ultrabaixas mostraram que as formas mais leves de axions, partículas de matéria escura "clara", não podem existir em princípio, o que mais uma vez complicou sua busca, segundo artigo publicado na revista Physical Review X …
“Esses resultados abrem uma nova janela para a busca da matéria escura. Eles indicam que os axions não podem existir em princípio em uma gama muito ampla de massas e energias, o que reduz sensivelmente o campo onde devemos procurar vestígios desta substância misteriosa. Podemos dizer que nossa busca agora está começando de novo”, disse Nicholas Ayres, da Universidade de Sussex (Reino Unido).
Por muito tempo, os cientistas acreditaram que o universo consiste na matéria que vemos e que forma a base de todas as estrelas, buracos negros, nebulosas, aglomerados de poeira e planetas. Mas as primeiras observações da velocidade de movimento das estrelas em galáxias próximas mostraram que as estrelas em seus arredores se movem a uma velocidade impossivelmente alta, que era cerca de 10 vezes maior do que os cálculos baseados nas massas de todas as estrelas nelas mostravam.
A razão para isso, segundo os cientistas de hoje, foi a chamada matéria escura - uma substância misteriosa, que responde por cerca de 75% da massa da matéria no Universo. Normalmente, cada galáxia tem cerca de 8 a 10 vezes mais matéria escura do que sua prima visível, e essa matéria escura mantém as estrelas no lugar e as impede de se espalharem.
Hoje, quase todos os cientistas estão convencidos da existência da matéria escura, mas suas propriedades, além de sua óbvia influência gravitacional sobre galáxias e aglomerados de galáxias, permanecem um mistério e um assunto de controvérsia entre astrofísicos e cosmologistas. Por muito tempo, os cientistas presumiram que ele era composto de partículas superpesadas e "frias" - "fracos", que não se manifestam de nenhuma forma, exceto para atrair aglomerados visíveis de matéria.
A busca malsucedida por "WIMPs" nas últimas duas décadas levou muitos teóricos a acreditar que a matéria escura pode realmente ser "leve e fofa" e consistir nos chamados axions - partículas ultraleves semelhantes em massa e propriedades aos neutrinos.
Ayres e seus colegas descobriram acidentalmente que os tipos mais leves de áxions, dos quais os teóricos costumam falar, não podem existir em princípio, analisando os resultados do experimento CryoEDM, que está extremamente longe da cosmologia e da matéria escura.
Esse projeto, segundo o físico, foi lançado há duas décadas para medir com precisão uma das menores quantidades fundamentais - o momento de dipolo do nêutron. Com essa palavra, os físicos entendem como as áreas com cargas positivas e negativas são distribuídas dentro do nêutron, e se o nêutron é realmente uma partícula completamente eletricamente neutra.
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No CryoEDM, os físicos estão tentando encontrar o momento de dipolo do nêutron observando como uma "sopa" de átomos únicos de um isótopo raro de mercúrio e nêutrons reage a mudanças repentinas na direção e força do campo elétrico dentro do qual eles estão localizados. Se o nêutron tem um momento de dipolo, então seu spin vai "sacudir" de uma maneira especial quando o campo "vira", o que pode ser "visto" observando como a polarização da partícula muda.
Analisando os dados obtidos pelos detectores CryoEDM durante o primeiro período de seu trabalho, os cientistas notaram que a precisão dessas observações era tão alta que o comportamento dos átomos de mercúrio e nêutrons seria fortemente influenciado pelas interações de suas partículas subatômicas com os áxions. Em outras palavras, se os áxions existem, eles causarão outro tipo de oscilação, e sua força dependerá diretamente da massa das partículas de matéria escura.
Conforme demonstrado pela análise repetida dos dados do CryoEDM, nada parecido foi observado no comportamento do mercúrio e dos nêutrons, o que indica a ausência fundamental das versões mais leves de axions, cuja massa é milhões e dezenas de bilhões de vezes menor que a de um elétron.
Tais resultados, como Ayrs enfatiza, não excluem a possibilidade da existência de outros tipos de áxions, mas estreitam visivelmente o tamanho do campo, onde sua existência permanece permissível do ponto de vista da ciência. É bem possível que a matéria escura não consista em partículas superpesadas ou ultraleves semelhantes à matéria visível, mas tenha uma natureza completamente diferente, que ainda não imaginamos, concluem os autores do artigo.
