Por algum tempo, os físicos entenderam que todos os fenômenos conhecidos no Universo são governados por quatro forças fundamentais. Estes incluem força nuclear fraca, força nuclear forte, eletromagnetismo e gravidade. Enquanto as três primeiras forças de são todas parte do Modelo Padrão da física de partículas e podem ser explicadas pela mecânica quântica, nosso entendimento da gravidade depende da Teoria da Relatividade de Einstein.
Entender como essas quatro forças se encaixam é o objetivo da física teórica há décadas, o que por sua vez levou ao desenvolvimento de várias teorias que tentam reconciliá-las (ou seja, teoria das super cordas, gravidade quântica, teoria da grande unificação etc.). No entanto, seus esforços podem ser complicados (ou ajudados) graças a novas pesquisas que sugerem que pode haver apenas uma quinta força em ação.
Em um artigo publicado recentemente na revista Cartas de Revisão Física, uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, Irvine, explica como os recentes experimentos de física de partículas podem ter produzido evidências de um novo tipo de bóson. Esse bóson aparentemente não se comporta como outros bósons, e pode ser uma indicação de que existe ainda outra força da natureza por aí governando interações fundamentais.
Como Jonathan Feng, professor de física e astronomia da UCI e um dos principais autores do artigo, disse:
"Se for verdade, é revolucionário. Durante décadas, conhecemos quatro forças fundamentais: gravitação, eletromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas. Se confirmada por outras experiências, essa descoberta de uma possível quinta força mudaria completamente nossa compreensão do universo, com consequências para a unificação de forças e matéria escura. ”
Os esforços que levaram a essa descoberta em potencial começaram em 2015, quando a equipe da UCI se deparou com um estudo de um grupo de físicos nucleares experimentais do Instituto de Pesquisa Nuclear da Academia Húngara de Ciências. Na época, esses físicos estavam investigando uma anomalia de decaimento radioativo que sugeria a existência de uma partícula de luz 30 vezes mais pesada que um elétron.
Em um artigo descrevendo suas pesquisas, o pesquisador principal Attila Krasznahorka e seus colegas afirmaram que o que estavam observando poderia ser a criação de "fótons escuros". Em suma, eles acreditavam que poderiam finalmente ter encontrado evidências da Matéria Negra, a massa misteriosa e invisível que compõe cerca de 85% da massa do Universo.
Esse relatório foi amplamente ignorado na época, mas ganhou atenção generalizada no início deste ano, quando o Prof. Feng e sua equipe de pesquisa o encontraram e começaram a avaliar suas conclusões. Mas depois de estudar os resultados das equipes húngaras e compará-los com os experimentos anteriores, eles concluíram que as evidências experimentais não sustentavam a existência de fótons escuros.
Em vez disso, propuseram que a descoberta pudesse indicar a possível presença de uma quinta força fundamental da natureza. Essas descobertas foram publicadas no arXiv em abril, seguido por um artigo intitulado "Modelos de física de partículas para a anomalia de 17 MeV em decaimentos nucleares de berílio", publicado em PRL na sexta-feira passada.
Essencialmente, a equipe da UCI argumenta que, em vez de um fóton escuro, o que a equipe de pesquisa húngara poderia ter testemunhado foi a criação de um bóson anteriormente não descoberto - que eles chamaram de “bóson X protofóbico”. Enquanto outros bósons interagem com elétrons e prótons, esse bóson hipotético interage apenas com elétrons e nêutrons, e somente em uma faixa extremamente limitada.
Acredita-se que essa interação limitada seja a razão pela qual a partícula permaneceu desconhecida até agora e por que os adjetivos "fotóbico" e "X" são adicionados ao nome. "Não observamos outro bóson que tenha essa mesma característica", disse Timothy Tait, professor de física e astronomia da UCI e co-autor do artigo. "Às vezes, também chamamos de 'bosão X', onde 'X' significa desconhecido".
Se tal partícula existir, as possibilidades de descobertas na pesquisa poderão ser infinitas. Feng espera que possa se unir às três outras forças que governam as interações das partículas (forças nucleares eletromagnéticas, fortes e fracas) como uma força maior e mais fundamental. Feng também especulou que essa possível descoberta poderia apontar para a existência de um "setor escuro" do nosso universo, que é governado por sua própria matéria e forças.
"É possível que esses dois setores conversem entre si e interajam por meio de interações um pouco veladas, mas fundamentais", disse ele. "Essa força do setor escuro pode se manifestar como essa força protofópica que estamos vendo como resultado do experimento húngaro. Em um sentido mais amplo, ele se encaixa em nossa pesquisa original para entender a natureza da matéria escura. ”
Se esse for o caso, os físicos podem estar mais perto de descobrir a existência da matéria escura (e talvez até da energia escura), dois dos maiores mistérios da astrofísica moderna. Além disso, poderia ajudar os pesquisadores na busca da física além do Modelo Padrão - algo com o qual os pesquisadores do CERN estão preocupados desde a descoberta do Bóson de Higgs em 2012.
Mas, como observa Feng, precisamos confirmar a existência dessa partícula por meio de outras experiências antes de ficarmos empolgados com suas implicações:
"A partícula não é muito pesada e os laboratórios têm as energias necessárias para produzi-la desde os anos 50 e 60. Mas a razão pela qual é difícil encontrar é que suas interações são muito fracas. Dito isto, como a nova partícula é muito leve, existem muitos grupos experimentais trabalhando em pequenos laboratórios ao redor do mundo que podem acompanhar as alegações iniciais, agora que sabem onde procurar. ”
Como o caso recente envolvendo o CERN - onde as equipes do LHC foram forçadas a anunciar que tinham não descobriu duas novas partículas - demonstra, é importante não contar nossas galinhas antes de serem empoleiradas. Como sempre, o otimismo cauteloso é a melhor abordagem para novas descobertas em potencial.
