Poderíamos já ter descoberto matéria escura?
Essa é a questão apresentada em um novo artigo publicado em 12 de fevereiro no Journal of Physics G. Os autores descreveram como a matéria escura pode ser feita de uma partícula conhecida como hexaquark d * (2380), que provavelmente foi detectada em 2014.
A matéria escura, que exerce força gravitacional, mas não emite luz, não é algo que alguém já tenha tocado ou visto. Nós não sabemos do que é feito, e inúmeras pesquisas pelo material surgiram vazias. Mas a esmagadora maioria dos físicos está convencida de que ela existe. As evidências estão espalhadas por todo o universo: aglomerados de estrelas girando muito mais rápido do que deveriam, distorções misteriosas da luz no céu noturno e até buracos perfurados em nossa galáxia por um pêndulo invisível que indica que algo está lá fora - compondo a maioria da massa do universo - que ainda não entendemos.
As teorias mais amplamente estudadas da matéria escura envolvem classes inteiras de partículas nunca antes vistas, muito além do Modelo Padrão da física, a teoria dominante que descreve as partículas subatômicas. A maioria deles se encaixa em uma de duas categorias: os axions leves e os WIMPs pesados, ou partículas maciças que interagem fracamente. Existem outras teorias mais exóticas envolvendo espécies ainda não descobertas de neutrinos ou uma classe teórica de buracos negros microscópicos. Mas raramente alguém propõe que a matéria escura é feita de algo que já sabemos que existe.
Mikhail Bashkanov e Daniel Watts, físicos da Universidade de York, na Inglaterra, quebraram esse molde, argumentando que o d * (2380) hexaquark, ou "d-star", poderia explicar toda a matéria que faltava.
Quarks são partículas físicas fundamentais no modelo padrão. Três deles unidos (usando partículas conhecidas como glúons) podem formar um próton ou um nêutron, os blocos de construção dos átomos. Organize-os de outras maneiras e você terá partículas diferentes e mais exóticas. A estrela-d é uma partícula de seis quarks carregada positivamente que os pesquisadores acreditam ter existido por uma lasca de segundo durante um experimento de 2014 no Centro de Pesquisa Jülich da Alemanha. Por ser tão fugaz, a detecção de d-star não foi absolutamente confirmada.
As d-estrelas individuais não conseguem explicar a matéria escura porque não duram o suficiente antes de decair. No entanto, Bashkanov disse à Live Science, no início da história do universo, as partículas podem ter se aglomerado de uma maneira que as impedisse de decair.
Esse cenário ocorre com nêutrons. Tire um nêutron de um núcleo, e ele decai muito rapidamente, mas misture-o com outros nêutrons e prótons dentro do núcleo, e ele se torna estável, disse Bashkanov.
"Os hexaquarques se comportam exatamente da mesma maneira", disse Bashkanov.
Bashkanov e Watts teorizaram que grupos de estrelas-d poderiam formar substâncias conhecidas como condensados de Bose-Einstein, ou BECs. Em experimentos quânticos, os BECs se formam quando as temperaturas caem tão baixo que os átomos começam a se sobrepor e se misturar, um pouco como os prótons e nêutrons dentro dos átomos. É um estado de matéria distinto da matéria sólida.
No início da história do universo, esses BECs capturariam elétrons livres, formando um material com carga neutra. Os físicos escreveram que uma estrela d com carga neutra, BEC, se comportaria como a matéria escura: invisível, deslizando através da matéria luminosa sem notá-la, mas exercendo uma força gravitacional significativa no universo circundante.
A razão de você não cair em uma cadeira quando se senta nela é que os elétrons da cadeira empurram os elétrons de sua parte traseira, criando uma barreira de cargas elétricas negativas que se recusam a se cruzar. Sob as condições certas, disse Bashkanov, os BECs feitos de hexaquarks com elétrons presos não teriam essas barreiras, deslizando por outros tipos de matéria como fantasmas perfeitamente neutros.
Esses BECs podem ter se formado logo após o Big Bang, com a transição do espaço de um mar de plasma quente de quarks-glúons sem partículas atômicas distintas para a era moderna, com partículas como prótons, nêutrons e primos. No momento em que essas partículas atômicas básicas se formaram, as condições eram perfeitas para os BECs do hexaquark precipitarem do plasma de quarks e glúons.
"Antes dessa transição, a temperatura é muito alta; depois disso, a densidade é muito baixa", disse Bashkanov.
Durante esse período de transição, os quarks poderiam ter se congelado em partículas comuns, como prótons e nêutrons, ou nos BECs do hexaquark que hoje podem compor a matéria escura, disse Bashkanov. Se esses hexaquarques BECs estiverem disponíveis, escreveram os pesquisadores, podemos ser capazes de detectá-los. Embora os BECs tenham uma vida bastante longa, ocasionalmente decaem ao redor da Terra. E essa decadência apareceria como uma assinatura específica em detectores projetados para detectar raios cósmicos e pareceria que vinha de todas as direções ao mesmo tempo, como se a fonte preenchesse todo o espaço.
Eles escreveram que o próximo passo é procurar essa assinatura.
