p Em seus últimos anos de operação, um colisor de partículas no norte da Califórnia foi redirecionado para procurar sinais de novas partículas que pudessem ajudar a preencher alguns grandes espaços em branco em nossa compreensão do universo. p Uma nova análise desses dados, co-liderado por físicos do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), limita alguns dos esconderijos de um tipo de partícula teorizada - o fóton escuro, também conhecido como fóton pesado - que foi proposto para ajudar a explicar o mistério da matéria escura.

p O último resultado, publicado no jornal Cartas de revisão física pela Colaboração BaBar de cerca de 240 membros, adiciona aos resultados de uma coleção de experimentos anteriores buscando, mas ainda não encontrando, os fótons escuros teorizados.

p "Embora não exclua a existência de fótons escuros, os resultados do BaBar limitam onde eles podem se esconder, e definitivamente descarta sua explicação para outro mistério intrigante associado com a propriedade da partícula subatômica conhecida como múon, "disse Michael Roney, Porta-voz do BaBar e professor da University of Victoria.

p Matéria escura, que representa cerca de 85 por cento da massa total do universo, só foi observada por suas interações gravitacionais com a matéria normal. Por exemplo, a taxa de rotação das galáxias é muito mais rápida do que o esperado com base em sua matéria visível, sugerindo que há uma massa "ausente" que até agora permaneceu invisível para nós.

p Assim, os físicos têm trabalhado em teorias e experimentos para ajudar a explicar do que é feita a matéria escura - se é composta de partículas não descobertas, por exemplo, e se pode haver uma força oculta ou "escura" que governa as interações de tais partículas entre si e com a matéria visível. O fóton escuro, se existe, foi apresentado como um possível portador desta força negra.

p Usando dados coletados de 2006 a 2008 no SLAC National Accelerator Laboratory em Menlo Park, Califórnia, a equipe de análise examinou os subprodutos registrados das colisões de partículas em busca de sinais de uma única partícula de luz - um fóton - desprovida de processos de partículas associados.

p O experimento BaBar, que funcionou de 1999 a 2008 no SLAC, coletou dados de colisões de elétrons com pósitrons, suas antipartículas carregadas positivamente. O colisor dirigindo o BaBar, chamado PEP-II, foi construído por meio de uma colaboração que incluiu SLAC, Berkeley Lab, e Lawrence Livermore National Laboratory. Em seu pico, a Colaboração BaBar envolveu mais de 630 físicos de 13 países.

p O BaBar foi originalmente projetado para estudar as diferenças no comportamento entre a matéria e a antimatéria envolvendo um quark b. Simultaneamente com um experimento concorrente no Japão chamado Belle, BaBar confirmou as previsões dos teóricos e abriu o caminho para o Prêmio Nobel de 2008. O físico do Berkeley Lab, Pier Oddone, propôs a ideia para o BaBar and Belle em 1987, quando ele era o diretor da divisão de física do laboratório.

p A última análise usou cerca de 10 por cento dos dados do BaBar - registrados em seus dois anos finais de operação. Sua coleta de dados foi redirecionada para encontrar partículas não contabilizadas no Modelo Padrão da física - uma espécie de livro de regras para quais partículas e forças constituem o universo conhecido.

p "BaBar realizou uma extensa campanha em busca de partículas do setor escuro, e este resultado irá restringir ainda mais sua existência, "disse Bertrand Echenard, um professor pesquisador da Caltech que foi fundamental nesse esforço.

p Yury Kolomensky, um físico na Divisão de Ciência Nuclear do Laboratório de Berkeley e um membro do corpo docente do Departamento de Física da UC Berkeley, disse, "A assinatura (de um fóton escuro) no detector seria extremamente simples:um fóton de alta energia, sem qualquer outra atividade. "

p Várias teorias de fótons escuros prevêem que as partículas de matéria escura associadas seriam invisíveis para o detector. O único fóton, irradiado de uma partícula de feixe, sinaliza que ocorreu uma colisão elétron-pósitron e que o fóton escuro invisível decaiu para as partículas de matéria escura, revelando-se na ausência de qualquer outra energia que o acompanhe.

p Quando os físicos propuseram fótons escuros em 2009, isso despertou um novo interesse na comunidade de física, e deu uma nova olhada nos dados do BaBar. Kolomensky supervisionou a análise dos dados, realizada pelos alunos de graduação da UC Berkeley, Mark Derdzinski e Alexander Giuffrida.

p "Os fótons escuros podem preencher essa divisão oculta entre a matéria escura e o nosso mundo, então seria emocionante se tivéssemos visto, "Kolomensky disse.

p O fóton escuro também foi postulado para explicar uma discrepância entre a observação de uma propriedade do spin do múon e o valor previsto para ela no modelo padrão. Medir essa propriedade com precisão sem precedentes é o objetivo do experimento Muon g-2 (pronuncia-se gee-menos-dois) no Fermi National Accelerator Laboratory.

p Medições anteriores no Laboratório Nacional de Brookhaven descobriram que essa propriedade dos múons - como um pião com uma oscilação que está ligeiramente fora do normal - está errada em cerca de 0,0002 por cento do que é esperado. Os fótons escuros foram sugeridos como um possível candidato a partículas para explicar este mistério, e uma nova rodada de experimentos iniciados no início deste ano deve ajudar a determinar se a anomalia é realmente uma descoberta.

p O último resultado do BaBar, Kolomensky disse, amplamente "descarta essas teorias de fótons escuros como uma explicação para a anomalia g-2, fechando efetivamente esta janela em particular, mas também significa que há algo mais impulsionando a anomalia g-2 se for um efeito real. "

p É uma interação comum e constante entre teoria e experimentos, com o ajuste da teoria a novas restrições definidas por experimentos, e experimentos que buscam inspiração em teorias novas e ajustadas para encontrar o próximo campo de provas para testar essas teorias.

p Os cientistas têm explorado ativamente os dados do BaBar, Roney disse, para aproveitar as condições experimentais bem compreendidas e detector para testar novas idéias teóricas.

p "Encontrar uma explicação para a matéria escura é um dos desafios mais importantes da física hoje, e procurar fótons escuros foi uma forma natural de o BaBar contribuir, "Roney disse, acrescentando que muitos experimentos em operação ou planejados em todo o mundo estão procurando resolver este problema.

p Uma atualização de um experimento no Japão que é semelhante ao BaBar, chamado Belle II, liga no próximo ano. "Eventualmente, Belle II produzirá 100 vezes mais estatísticas em comparação com BaBar, ", Disse Kolomensky." Experimentos como este podem sondar novas teorias e mais estados, efetivamente abrindo novas possibilidades para testes e medições adicionais. "

p "Até que Belle II tenha acumulado uma quantidade significativa de dados, O BaBar continuará nos próximos anos a produzir novos resultados impactantes como este, "Roney disse.