p A era das descobertas ainda não acabou. p Uma vez, europeus cheios de escorbuto navegaram para o desconhecido para reivindicar estrangeiros, partes fantásticas do mundo. Agora, físicos sentam-se em laboratórios e perguntam, "Isso é tudo que existe?"

p Não, eles não estão sofrendo uma crise existencial coletiva.

p Eles estão procurando por matéria escura - o material que teoricamente constitui um quarto do nosso universo.

p E os pesquisadores da Austrália Ocidental estão na vanguarda dessa pesquisa, como parte de um projeto australiano para detectar uma partícula chamada axion.

p Qual é a matéria (escura)?

p Se a matéria escura existe, você provavelmente está tomando uma sopa disso agora.

p Os cientistas prevêem que constitui 26,8% do universo, o que é bastante significativo quando você considera que tudo o mais que podemos observar - de átomos de hidrogênio a buracos negros - compõe apenas 5%. (Os outros 69% são algo que os cientistas chamam de energia escura. Não se preocupe com isso.)

p Só existe um problema. Ele não interage com o eletromagnetismo - a força entre as partículas carregadas positivamente e negativamente. É responsável por praticamente tudo que podemos observar no dia a dia - com exceção da gravidade.

p As forças eletromagnéticas presentes entre os átomos e as moléculas no solo são a razão pela qual a gravidade da Terra não continua nos puxando até o seu núcleo (quente derretido). A luz emitida pelo seu computador, permitindo que você leia esta história, é gerado por interações de partículas eletricamente carregadas em seu monitor, também conhecido como eletricidade.

p A matéria comum parece matéria comum por causa das forças eletromagnéticas entre átomos e moléculas. Mas a matéria escura não interage com o eletromagnetismo. Isso significa que não podemos ver, cheiro, provar ou tocar. Então, se a matéria escura é essencialmente indetectável, por que pensamos que existe? E o que diabos estamos procurando?

p No escuro

p Vamos começar com uma suposição básica:a gravidade existe. Junto com o eletromagnetismo, a gravidade é uma das quatro forças básicas que os físicos usam para explicar quase tudo. A gravidade diz que coisas pesadas atraem todas as outras coisas pesadas, portanto, a atração gravitacional da Terra é a razão de não estarmos todos flutuando sem rumo no espaço.

p Se olharmos para todo aquele espaço, podemos ver que nossa galáxia, a Via Láctea, tem forma espiral. Smack bang no centro galáctico é um grande, protuberância em forma de barra a partir da qual braços espiralados serpenteiam em um círculo plano. A Terra fica em algum lugar no meio de um desses braços e completa uma volta na galáxia a cada 225 a 250 milhões de anos.

p Se pensarmos em todo o universo como um parque de diversões gigante, podemos imaginar nossa Via Láctea como um carrossel. Ao contrário dos carrosséis normais que têm pôneis de plástico fixados por postes, as estrelas, luas e planetas que constituem nossa galáxia estão desconectados e livres para girar em diferentes velocidades.

p Então, se tudo estiver desarticulado e girando, o que está nos mantendo orbitando perfeitamente em nossa pequena espiral? Bem, se continuarmos com a analogia do parque temático, podemos comparar esse fenômeno a um passeio de cadeira de balanço. Ao balançar em uma cadeira em torno de uma torre, uma corrente de metal fornece uma força constante no centro do passeio que o mantém girando e em torno desse pólo central.

p O mesmo tipo de coisa ocorre no espaço, exceto em vez de uma corrente, temos gravidade. A gravidade é fornecida pela massa das coisas - especificamente, a massa do nosso centro galáctico, que os cientistas acreditam ser um buraco negro supermassivo. Ele tem tanta massa em tão pouco espaço que exerce uma força gravitacional tão alta que suga a luz.

p Quando você se afasta do centro e entra no halo galáctico plano, vemos muito menos coisas. Menos material significa menos massa, o que significa menos gravidade. Poderíamos, portanto, esperar que o material nos braços espirais girasse mais devagar do que o material mais próximo do meio.

p O que os astrofísicos realmente veem é que as coisas na borda externa da galáxia estão girando na mesma velocidade que as coisas perto do centro da galáxia - e isso é muito rápido. Se fosse esse o caso em nosso parque temático, teríamos caído em um cenário de pesadelo.

p O passeio de cadeira giratória giraria tão rápido que a corrente não forneceria mais força suficiente para mantê-lo se movendo em um círculo. A corrente iria quebrar, e você seria lançado a uma morte digna de um filme de terror de grau B.

p O fato de a Terra não ter sido atirada para longe sugere que estamos cercados por muito mais massa, que fornece um monte de gravidade e mantém nossa galáxia em forma. E a maioria dos físicos pensa que a massa pode ser apenas matéria escura.

p Candidatos escuros

p Só por um segundo, esqueça tudo que você acabou de ler. Vamos parar de olhar para as estrelas e, em vez disso, investigar coisas muito menores - partículas. A física de partículas é o lar deste problema denominado problema de paridade de carga forte (CP). É um grande problema inexplicável na teoria da cromodinâmica quântica, de outra forma bem-sucedida. Não se preocupe com isso.

p Usando equações matemáticas, os físicos de partículas nos anos 70 sugeriram que poderíamos resolver esse forte problema de CP com a introdução de uma partícula teórica chamada axion. E se fizermos mais matemática e escrevermos uma descrição de como a partícula axion deve se parecer, we would find that it has two very exciting qualities—a) it has mass and b) it does not interact with electromagnetism very much at all.

p Which sounds suspiciously like the qualities of dark matter. The axion is what physicists call a 'promising candidate' for dark matter. It's like killing two birds with one theoretical, invisible stone.

p And if axions are dark matter, we should be surrounded by them right now. If we could only build the right equipment, we could perhaps detect the mysterious mass that's holding our galaxy together. Como acontece, some clever scientists at UWA are doing just that.

p Dark matter turns light

p Physicists at a UWA node of the ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems (EQuS) are employing a piece of equipment called a haloscope—so called because it searches for axions in the galactic halo (which you're sitting in right now).

p A haloscope is basically an empty copper can (a 'resonant cavity') placed in a very cold, very strong magnetic field. If axions are dark matter and exist all around us, one might enter the resonant cavity, react with the magnetic field and transform into a particle of light—a photon.

p Whilst we wouldn't be able to see these photons, scientists are pretty good at measuring them. They're able to measure how much energy it has (its frequency) as it sits inside the resonant cavity. And that frequency corresponds to the mass of the axion that it came from.

p The problem is, resonant cavities (those empty copper cans) are created to detect photons with specific frequencies. We don't know how heavy axions are, so we don't know what frequency photon they will produce, which means building the right resonator involves a bit of guesswork.

p The search for the axion is more of a process of elimination. What have they been able to exclude so far? Nós vamos, mostly due to technical limitations, scientists have previously been looking for axions with a low mass. New theoretical models predict that the axion is a bit heavier. How heavy? We don't know. But Aussie researchers have just been awarded 7 years of funding to try and find out.

p Scoping the halo

p The Oscillating Resonant Group AxioN (ORGAN) experiment is a nationwide collaboration between members of EQuS and is hosted at UWA.

p Part of the physicists' work over the next 7 years will be to design resonant cavities that are capable of detecting heavier axions.

p They ran an initial experiment over Christmas 2016, the ORGAN Pathfinder, to confirm that their haloscopes were up to the task ahead and that the physicists were capable of analysing their results.

p This experiment yielded no results—but that doesn't mean that axions don't exist. It only means that they don't exist with the specific mass that they searched for in December 2016 and to a certain level of sensitivity.

p The intrepid explorers at UWA will set sail into the next stages of the ORGAN experiment in 2018. And perhaps soon, we'll know exactly what the matter is. p This article first appeared on Particle, a science news website based at Scitech, Perth, Austrália. Leia o artigo original.