Cientistas da Universidade de Sussex contestaram a existência de um tipo específico de axion - um importante candidato a partícula de 'matéria escura' - em uma ampla gama de suas massas possíveis.

Os dados foram coletados por um consórcio internacional, a colaboração do Neutron Electric Dipole Moment (nEDM), cuja experiência é baseada no Paul Scherrer Institut na Suíça. Os dados foram coletados lá e, mais cedo, no Institut Laue-Langevin em Grenoble.

Professor Philip Harris, Chefe de Ciências Matemáticas e Físicas da Universidade de Sussex, e chefe do grupo nEDM lá, disse:

"Os especialistas concordam amplamente que a maior parte da massa do universo consiste em 'matéria escura'. Sua natureza, Contudo, permanece completamente obscuro. Um tipo de partícula elementar hipotética que pode constituir a matéria escura é o chamado axion. Se axions com as propriedades corretas existem, seria possível detectar sua presença por meio dessa análise inteiramente nova de nossos dados.

"Analisamos as medições que fizemos na França e na Suíça e elas fornecem evidências de que axions - pelo menos o tipo que teria sido observado no experimento - não existem. Esses resultados são mil vezes mais sensíveis do que os anteriores e eles são baseados em medições de laboratório em vez de observações astronômicas. Isso não exclui fundamentalmente a existência de axions, mas o escopo das características que essas partículas poderiam ter é agora claramente limitado.

"Os resultados essencialmente enviam os físicos de volta à prancheta em nossa busca pela matéria escura."

Há décadas se acredita que as partículas de axion podem constituir pelo menos parte da "matéria escura" - as coisas que sabemos que estão em nosso universo, mas que não podem ser vistas. Axions são importantes porque encontrá-los, se eles existem, poderia ser a chave para explicar por que o universo tem muita matéria, mas relativamente pouca antimatéria. Quantidades iguais de matéria e antimatéria teriam sido criadas quando o universo começou, e tudo deveria ter se aniquilado mutuamente, mas o Universo claramente agora tem bastante matéria - mas essencialmente nenhuma antimatéria - sobrando; não entendemos por quê.

Este é o primeiro experimento a usar equipamento de laboratório - ao invés de observações astronômicas - para investigar este tipo de áxion. Anteriormente, os físicos foram gradualmente estreitando o alcance das massas possíveis do áxion por meio de experimentos baseados em telescópios. A pesquisa publicada hoje elimina toda uma gama de massas potenciais. Como resultado, teóricos de partículas que tentam explicar as origens do Universo e a natureza da matéria escura terão que voltar à prancheta de desenho enquanto revisam, restringir e ajustar seus modelos. Uma referência importante foi definida para pesquisas experimentais futuras; e outros experimentos, trabalhando em tópicos relacionados, será capaz de analisar seus dados desta nova forma para estender ainda mais a sensibilidade.

Os dados foram coletados com outro propósito - averiguar por que o universo é dominado por matéria e não antimatéria - quando se percebeu que as medições também poderiam ser utilizadas para pesquisar a presença de áxions. O experimento funcionou prendendo nêutrons, em seguida, aplicando alta voltagem ao recipiente para ver se isso afetava a taxa de rotação. Uma mudança nessa taxa indicaria que eles têm uma estrutura distorcida - e mudanças nessa distorção ao longo do tempo (de minutos para anos) indicariam que havia áxions presentes. Essas distorções não foram vistas, e, portanto, nenhum axions foi detectado. O experimento nEDM em si é um "clássico" em física de partículas, tendo executado de uma forma ou de outra com sensibilidade cada vez maior desde 1950, e descartando muitas teorias ao longo do caminho. É uma das medidas mais sensíveis que é possível fazer, e medições conduzidas por Sussex forneceram a melhor sensibilidade do mundo continuamente desde 1999.

Nicholas Ayres, um estudante de graduação na Escola de Ciências Matemáticas e Físicas da Universidade de Sussex e co-líder desta análise particular, disse:

"Esses resultados abrem uma nova frente na caça à matéria escura. Eles contestam a existência de axions com uma ampla gama de massas e, portanto, ajudam a limitar a variedade de partículas que poderiam ser candidatas à matéria escura. E é fantástico ver que esses os resultados - que estavam sendo coletados para outro propósito inteiramente diferente - poderiam ser usados ​​como um suporte para a busca de áxions também. "

O professor Philip Harris explica como os dados podem ser usados ​​para pesquisar áxions, bem como para sua finalidade original:

"Em nosso experimento original, pegamos uma única medição e a repetimos várias vezes para determinar o valor médio por um longo tempo. Quando procuramos por axions, observamos se a medição flutua ao longo do tempo com uma frequência constante. Se então, seria a prova de que houve alguma interação entre o nêutron e o áxion. Nunca vimos isso. "

O experimento não descarta inteiramente a existência de axions. Em primeiro lugar, os axions precisariam ter interagido fortemente o suficiente com os nêutrons para que qualquer mudança em sua taxa de rotação fosse detectada. Em segundo lugar, sua massa pode ser maior ou menor do que o esperado. Sim, Contudo, fornecem novas restrições importantes, e aponta o caminho para futuras avenidas de investigação para ajudar a resolver um dos grandes mistérios pendentes da cosmologia. Esses experimentos dão uma contribuição importante para a busca de matéria escura.

O papel, "Search for Axionlike Dark Matter through Nuclear Spin Precession in Electric and Magnetic Fields, "é publicado em Revisão Física X .