Os cientistas podem ter uma nova maneira de espiar o "mundo sombrio" da física.
Em um novo artigo, os físicos teóricos afirmam ter um novo plano para procurar partículas teóricas que, até agora, nunca foram observadas. Essas partículas, chamadas de partículas de vida longa, ou LLPs, podem ser uma janela para a matéria escura e a energia escura, que juntas formam 95% do universo. A matéria escura exerce uma força gravitacional sobre a matéria comum, e acredita-se que a energia escura acelere a expansão do universo. Mas nenhum deles pode ser observado diretamente, porque quaisquer interações que eles têm com a matéria luminosa do universo são fracas, disse Zhen Liu, pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Maryland.
"Eles não falam conosco", disse Liu, um dos pesquisadores que está trabalhando no novo plano, à Live Science.
Mas os LLPs podem fornecer um meio para o mundo sombrio se comunicar com o mundo mais leve. E Liu e seus colegas acreditam que, ajustando alguns dos detectores do maior destruidor de átomos do mundo, o Large Hadron Collider (LHC) perto de Genebra, na Suíça, os físicos poderão encontrá-los.
Mundos paralelos
O "mundo sombrio", também conhecido como "setor oculto", descreve um conjunto de partículas hipotéticas que iriam além do modelo padrão da física. (O Modelo Padrão explica prótons, nêutrons, elétrons e todas as estranhas partículas subatômicas que os acompanham, como quarks, múons, neutrinos e o bóson de Higgs.)
Se toda a matéria "normal" está em um vale, o mundo sombrio está em um vale paralelo sobre o qual há uma crista, disse Liu. É preciso uma quantidade tremenda de energia para escalar aquela cordilheira, de modo que as partículas no vale escuro do mundo interagem fortemente entre si, mas apenas ligeiramente com as do outro lado da montanha. Mas algumas partículas podem ser capazes de passar através dessa barreira de energia do mundo escuro para o que normalmente encontramos através de um processo chamado tunelamento quântico. Essas partículas provavelmente não seriam equivalentes à matéria escura de partículas estáveis como prótons ou nêutrons, disse Liu, mas talvez fossem mais parecidas com partículas mais instáveis do Modelo Padrão.
São essas partículas de tunelamento que os pesquisadores estão interessados em encontrar. Mas essas partículas, se existirem, são raras, disse Liantao Wang, físico teórico da Universidade de Chicago. O LHC lança prótons um ao outro em um ritmo vertiginoso, produzindo 1 bilhão de colisões por segundo. Essas colisões quebram os prótons em um grande número de partículas conhecidas do Modelo Padrão. Para os cientistas que procuram o setor oculto, todas essas partículas são mero ruído. Wang disse que as partículas em que estão interessadas podem aparecer apenas algumas vezes por década.
Um novo caminho
Wang, juntamente com Liu e sua colega, Jia Liu, são os autores do novo artigo, publicado em 3 de abril na revista Physical Review Letters, sugerindo uma maneira de vislumbrar essas partículas raras.
Tudo se resume a tempo. Wang disse que os LLPs devem ser enormes e pesados em comparação com as partículas do Modelo Padrão que o LHC cria a granel. A lentidão deles é devido ao grande obstáculo de energia que eles precisam superar para causar uma boa impressão no mundo da matéria normal, disse Liu. Mas o ritmo do caracol também é um recurso útil para os físicos. A maioria das partículas elementares no LHC viaja na velocidade da luz e decai rapidamente. O bóson de Higgs, por exemplo, desaparece em apenas 10 ou menos 22 segundos, transformando-se em um conjunto de partículas mais estáveis.
Os LLPs, no entanto, devem viver devagar até um décimo de segundo, disse Wang. Eles também viajam mais devagar que a velocidade da luz. Portanto, ajustar os detectores do LHC para procurar partículas que chegam atrasadas aos seus sensores deve ser a chave para detectá-los.
"É uma idéia muito simples", disse Wang, "mas acaba sendo surpreendentemente eficaz".
Alguns desses ajustes ocorrerão naturalmente com as atualizações do LHC, que estão em andamento agora, disse Liu. O colisor de partículas será aberto novamente em 2021, com detectores capazes de medir o tempo de chegada de uma partícula 10 vezes mais precisamente do que atualmente, ele disse. A partir daí, ele disse, é apenas uma questão de alguns ajustes de software para tirar proveito dos recursos do LHC e garantir que os físicos experimentais que usam o colisor priorizem a pesquisa. Agora, Wang e Liu disseram que eles e seus colegas experimentalistas estão realizando uma série de reuniões para garantir que todos estejam na mesma página.
"Isso vai acontecer", disse Liu.
