Depois de décadas vasculhando a matemática por trás da cola, mantendo as entranhas de toda a matéria juntas, os físicos encontraram uma estranha partícula hipotética, que nunca apareceu em nenhum experimento. Chamado de sexaquark, o excêntrico é composto de um arranjo descolado de seis quarks de vários sabores.
Além de ser um personagem de boa aparência, o sexaquark poderia eventualmente explicar o mistério sempre enlouquecedor da matéria escura. E os físicos descobriram que, se o sexaquark tiver uma massa específica, a partícula poderá viver para sempre.
Quarks da natureza
Quase tudo que você conhece e ama é feito de pequenas partículas conhecidas como quarks. Há seis deles, dados os nomes, por várias razões nerds, de cima, baixo, cima, baixo, estranho e charme. As variedades para cima e para baixo são as mais leves do grupo, o que as torna de longe as mais comuns. (Na física de partículas, quanto mais pesado você é, maior a probabilidade de se decompor em coisas menores e mais estáveis.)
Os prótons e nêutrons dentro do seu corpo são todos compostos por trios de quarks; dois altos e um baixo formam um próton, e dois baixos e um alto formam um nêutron. De fato, devido à natureza complicada da força forte, os quarks realmente gostam de ficar em grupos de três, e essa também é de longe a configuração mais estável e comum.
Ocasionalmente, em nossos coletores de partículas, criamos partículas, cada uma consistindo em um par de quarks; esses conglomerados são instáveis e decaem rapidamente para outra coisa. Às vezes, quando nos esforçamos muito, podemos colar cinco quarks e fazê-los jogar bem um com o outro - brevemente - antes que eles também decaiam em outra coisa.
Até o momento, essas são todas as combinações de quarks que conseguimos fabricar.
No entanto, pode haver algo mais estranho.
A forja dos elementos
Depois de décadas bisbilhotando os cantos matemáticos da força nuclear forte, os físicos encontraram uma estranha combinação que ainda não apareceu em nossos experimentos: um arranjo de seis quarks, composto por dois altos, dois baixos e dois estranhos: o sexaquark.
As teorias não prevêem uma massa para o sexaquark; esse valor dependeria do arranjo e interação precisos dos quarks individuais dentro dessa partícula; portanto, cabe aos físicos experimentais analisá-lo. E quanto à estabilidade do sexaquark? Os cálculos sugerem que, se sua massa cair abaixo de um certo limite, seria absolutamente estável para sempre, o que significa que nunca decairia. E se a massa for um pouco maior que isso, mas ainda abaixo de um certo limiar, a partícula decairá, mas em períodos de tempo tão longos que pode muito bem ser estável para sempre.
Então, se é estável, por que nunca o vimos?
Curiosamente, a gama de massas estáveis para o sexaquark fica abaixo do limiar do que muitos experimentos de colisores de partículas podem criar; essas ferramentas foram projetadas para estudar partículas muito mais raras, muito mais pesadas e muito mais fugazes. Em outras palavras, o sexaquark pode estar escondido à vista de todos, tendo simplesmente voado sob o radar todos esses anos.
Mas os coletores de partículas não são o único lugar para fazer sexaquarks. Os primeiros momentos do Big Bang foram um foco frenético de energias nucleares, com temperaturas e pressões altas o suficiente para forjar hélio e hidrogênio de uma sopa crua de quarks. E essa forja também pode ter inundado nosso cosmos de sexaquarks, junto com todos os personagens subatômicos mais familiares.
Cálculos preliminares sugerem que, se o sexaquark é algo real dentro da faixa certa de massas, ele poderia ter sido produzido em abundância ridícula no universo primitivo. E poderia ter sobrevivido àquele inferno juvenil. De fato, os sexaquarks ainda podem existir, não interagindo realmente com nada, não decaindo em nada - apenas existindo, criando puxões gravitacionais extras onde quer que eles colecionem, devido à sua massa.
Uma partícula invisível que está inundando o universo e que interage apenas através da gravidade? Bingo. Isso é matéria escura.
Uma luz no escuro
Para que o sexaquark constitua matéria escura, ele precisa realmente existir. Atualmente, isso é assunto de debate, porque o objeto nunca foi visto em um experimento de colisor de partículas. Mas, como vimos anteriormente, a massa relativamente leve do sexaquark pode significar que ela passou despercebida, simplesmente porque não a procurávamos.
Mas isso está começando a mudar. O BaBar Detector no SLAC National Accelerator Laboratory na Califórnia é realmente bom em produzir muitas combinações de quarks, incluindo alguns realmente pesados que se deterioram em arranjos mais estáveis e razoáveis. O BaBar também deve produzir uma safra abundante de sexaquarks, se eles existirem.
Um artigo publicado no dia 2 de janeiro no banco de dados arXiv relatou o resultado mais recente: nenhum sinal do sexaquark. Mas essa conclusão é certa para um nível de confiança de apenas 90%. Isso significa que, se as combinações mais maciças e menos estáveis de quarks se decompõem em sexaquarks estáveis, o fazem muito raramente, a uma taxa de apenas 1 decaimento a cada 10 milhões.
Isso descarta o sexquark como candidato à matéria escura? Nem tanto. Pode ser que as condições do universo primitivo permitissem a criação de sexaquarks suficientes para que eles pudessem explicar a quantidade de matéria escura que estimamos estar no universo. Mas o novo resultado dificulta o uso do sexaquark para explicar a matéria escura.
Boa tentativa, sexaquark, mas sem charuto - pelo menos ainda não.
Paul M. Sutter é um astrofísico daSUNY Stony Brook e o Flatiron Institute, anfitrião dePergunte a um astronauta eRádio Espaciale autor deSeu lugar no universo.
