A maioria das pessoas que recebe um salário pode ter bastante certeza de que o objeto de seu trabalho realmente existe. Os físicos que estudam a matéria escura diferem da maioria das pessoas nesse aspecto. Sem considerar, jovens cientistas talentosos continuam a devotar suas carreiras ao assunto. Porque?

Não é que a matéria escura esteja esperando para ser descoberta. Longe disso, matéria escura como um fenômeno está firmemente estabelecido, e temos muitas evidências convincentes para sugerir que é cinco vezes mais abundante do que sua contraparte brilhante.

Em vez, o problema é que o impressionante corpo de evidências da matéria escura depende inteiramente dos efeitos gravitacionais. Se descobrir que a gravidade age de forma muito mais estranha do que Newton imaginou, os efeitos que atribuímos a uma partícula de matéria escura, poderia ser uma miragem. E podemos ser forçados a descartar toda a hipótese da matéria escura para o hall da fama das teorias científicas obsoletas.

Para finalmente confirmar nosso paradigma, devotos de matéria escura como eu precisam capturar ou criar uma partícula de matéria escura, para que possamos provar, de uma vez por todas, que a matéria escura é na verdade feita de matéria.

Vale tudo no escuro

Então, com o que se parece a matéria escura afinal? Nós vamos, isso depende da sua preferência.

A diversidade de candidatos hipotéticos de matéria escura é verdadeiramente estonteante. Contendores sérios incluem partículas com raios tão grandes quanto galáxias, bem como partículas ultra-minúsculas com raios um quatrilhão (15 zeros) vezes menores que o próton.

Nem precisa consistir em partículas, a matéria escura pode ser pequenos furos no tecido do espaço e do tempo chamados de buracos negros primordiais.

Qualquer experimento com o objetivo de encontrar matéria escura deve, portanto, primeiro escolher uma hipótese e prosseguir para prová-la ou refutá-la.

Contudo, a lista de verificação de candidatos é muito longa, e muitas ideias não podem ser testadas experimentalmente com a tecnologia atual.

O suspeito do costume é um WIMP

A física de partículas tem uma longa e orgulhosa tradição de dar nomes bobos a partículas hipotéticas. Um exemplo particularmente bobo é a partícula conhecida como WIMP, que, apesar de seu nome, é um dos candidatos de matéria escura mais fortes.

O nome estranho é na verdade um acrônimo para as propriedades da partícula:Weakly Interacting Massive Particle. O que significa que a partícula é massiva, então gravita em direção a outras partículas ou objetos, mas ele interage apenas fracamente com nosso mundo visível.

Logo na primeira fração de segundos após o Big Bang, nosso Universo já foi incrivelmente quente e denso. Essa sopa primordial é onde ocorreu o suposto nascimento do WIMP. Armado com o conhecimento de como nosso Universo se expandiu e resfriou, podemos calcular com precisão o número de WIMPs que foram formados nessas condições.

Notavelmente, este cálculo nos deixa com um número de WIMPs que correspondem de perto à quantidade observada de matéria escura. Em outras palavras, postulamos uma partícula com as propriedades que esperamos encontrar na matéria escura, e sem suposições adicionais, nosso conhecimento da história do Universo significa que ele aparece na quantidade certa. Nós vamos, isso parece bom demais para não ser verdade.

Milagres não acontecem, direito?

Essa incrível coincidência de números é o que os apoiadores do WIMP zelosamente chamam de "o milagre do WIMP". Milagre talvez seja uma palavra muito forte, mas o paradigma WIMP dá uma explicação muito simples que pode explicar toda a matéria escura de uma vez, e assim passa no teste da navalha de Occam:as teorias com o menor número de suposições têm maior probabilidade de estar corretas.

Mas o que é ainda melhor do que sua simplicidade é que ele pode ser testado. As próprias interações responsáveis ​​pela criação dos WIMPs em primeiro lugar, nos permitem construir experimentos para encontrá-los - os chamados "detectores diretos".

Tristemente, os detectores construídos para localizar WIMPs não encontraram nada. E até agora, parece que "o milagre WIMP" nos levou a uma longa caça ao ganso selvagem.

Os físicos ainda esperam descobrir o WIMP, mas se eventualmente aparecer, certamente pareceria diferente do que havíamos imaginado.

Por outro lado, se o WIMP nunca aparecer, os experimentos de detecção direta terão riscado alguns contendores da lista de verificação, embora a um custo enorme. Mas, como um bônus adicional, a busca por WIMPs levou a tecnologia de detecção a comprimentos impressionantes. Alguns desses avanços já estão sendo reaproveitados em outros ramos da física, como a física dos neutrinos. Portanto, mesmo com um resultado negativo em sua missão principal, o esforço para encontrar o WIMP não foi em vão.

A navalha de Occam nem sempre o corta

A parte visível do nosso Universo consiste em uma lista muito limitada de ingredientes:quarks, léptons (como elétrons e neutrinos), e quatro forças que permitem que as partículas interajam. A partir desses modestos blocos de construção vem toda a diversidade - das estrelas no céu, à vida na Terra - tudo pode ser reduzido a configurações complicadas desses constituintes simples.

Não há nenhuma razão fundamental para que a parte escura de nosso mundo seja menos diversa do que a parte visível. Pode-se até imaginar a matéria escura se aglutinando em estrelas escuras, planetas, e vida, que existem totalmente isolados de nosso mundo. Para eles, nós somos a matéria escura.

Contudo, projetar experimentos para procurar matéria escura é uma questão prática, e é difícil procurar mais de uma coisa ao mesmo tempo. Portanto, tendemos a nos apegar à navalha de Occam e tentar encontrar as respostas mais simples possíveis para a questão da matéria escura.

Infelizmente, A navalha de Occam não é um teorema matemático, e a natureza não se importa com a "probabilidade" de várias teorias, de acordo com os físicos. Em verdade, nossos modelos simplificados de matéria escura podem dar lugar a uma realidade muito mais complexa e confusa.

Nesse caso, nunca veremos uma grande descoberta de matéria escura, mas uma compreensão gradual de pequenas peças de um enorme quebra-cabeça.

Ainda achamos que a matéria escura é feita de partículas que gravitam, mas a única coisa que sabemos com certeza, é que será um assunto para os físicos por muitos anos.

Não há absolutamente nenhuma garantia de que descobriremos uma partícula de matéria escura. Mas podemos. E isso pode mudar nossa compreensão de tudo.

Esta história foi republicada por cortesia da ScienceNordic, a fonte confiável de notícias científicas em inglês dos países nórdicos. Leia a história original aqui.