E se o universo que conhecemos for apenas uma parte menor de um maior, universo quase invisível, e a única maneira de interagirmos é por meio da gravidade?

Esta é apenas uma das ideias que os físicos estão perseguindo na busca para resolver o mistério da matéria escura.

Eu amo a ideia de matéria escura. Para mim, é o enigma final. Quero dizer, nosso universo contém prótons, nêutrons e elétrons, e isso é ótimo. Toda essa matéria "normal" é o ingrediente básico para tudo, desde Brad Pitt até nuvens de gás intergalácticas. A matéria normal também exerce uma força gravitacional, e isso também é ótimo. A gravidade impede que meu café flutue e evita que as galáxias se separem.

Grave déficit

Mas quando você soma todas as partículas em todas as galáxias do universo, simplesmente não há o suficiente para produzir toda a gravidade do universo. Há muita força gravitacional e não há matéria suficiente.

Para que nosso universo faça sentido, ele precisa de um monte de algo extra para compensar o déficit gravitacional.

Esse algo extra acaba por ser até 80% da matéria em nosso universo. Chamamos isso de matéria 'escura':partículas que não podemos ver e não entendemos, mas que trazem força gravitacional suficiente para equilibrar os livros.

A caça à matéria perdida

Há anos procuramos evidências diretas de matéria escura, mas não encontramos nada. Não se preocupe:sabíamos que seria complicado. Os pesquisadores acreditam que a matéria escura praticamente ignora a matéria normal e a luz.

"Partículas de matéria escura podem estar em toda parte ao nosso redor, mas eles simplesmente não interagem eletromagneticamente, "diz Vid Iršič, pesquisador da Universidade de Washington e especialista em matéria escura. "Eles só podiam interagir gravitacionalmente."

Atenção! Neutrinos passando

Embora pareça estranho, já existe precedente para partículas que não funcionam bem com outras. Eles são chamados de neutrinos.

"Neutrinos são muito, partículas muito leves que interagem muito fracamente, "diz Vid." Eles vêm das estrelas. Os neutrinos do nosso Sol passam pela Terra aos bilhões a cada segundo, em cada centímetro quadrado. "

Essas partículas estão passando por você agora, mas suas interações são tão suaves que você não sente nada. No entanto, os neutrinos são como grandes bandas de metais em comparação com a matéria escura.

Então, o que são partículas de matéria escura?

Existem muitas teorias e experimentos em busca de muitas partículas diferentes na corrida para resolver o mistério da matéria escura. Abaixo, destacamos os cinco principais candidatos de matéria escura de Vid, do mais provável ao menos provável. Pensando em bonés.

Candidato nº 1:partículas massivas de interação fraca (ou WIMPs)

Partícula maciça de interação fraca é um termo abrangente para um grupo de partículas que se encaixam nessa descrição. 'Interagindo fracamente' significa que eles não interagem muito com a matéria ou luz normal. 'Massivo' significa que eles são maiores do que a massa de um próton.

Os WIMPs são populares porque foram previstos independentemente por algumas teorias de física de partículas diferentes. E por causa do milagre WIMP. O milagre é que essas teorias também prevêem a massa total de WIMPs, e é aproximadamente a mesma massa necessária para explicar toda a força gravitacional extra. Coincidência? Talvez não.

Candidato nº 2:Axions

Axions são uma partícula teórica que sonhamos para resolver um problema não resolvido na dinâmica quântica. Especificamente, sua existência ajudaria a explicar peculiaridades em nossa compreensão dos quarks e como eles se unem para formar prótons e nêutrons. Mas essa é uma história totalmente diferente ...

Se axions existem, eles também marcariam algumas caixas de matéria escura. Prevê-se que eles interagem fracamente com a matéria e a luz comuns. E eles seriam do tamanho certo para que não os tivéssemos visto (até agora). (Desse tamanho, caso você esteja se perguntando, está em algum lugar entre 2 e 100 microelétron-volts (e um microelétron-volt é 1,78 × 10 ^-42 quilogramas).

Axions também são super-incríveis. Um axião decai em dois fótons. Além disso, você pode fazer um áxion combinando dois fótons. Esperamos que isso nos ajude a detectá-los em breve. Em abril, A universidade de Vid anunciou que agora pode pesquisar com mais sensibilidade do que nunca por sinais de decadência do áxion.

Candidato # 3:matéria escura escalar ultraleve

Este candidato é um garoto relativamente novo no bairro. Também é conhecido como axions ultraleves, matéria escura difusa ou matéria escura ondulada.

Se existe, é super-duper light, algo como 10 ^-22 elétron-volts. E porque é tão leve, ele se comporta de maneira adequada à teoria das cordas e à mecânica quântica. A ideia é que, quando você junta toda uma carga de galáxias dessas partículas, eles se comportam mais como uma onda do que como uma bola giratória.

Você acaba com partículas minúsculas que se combinam em uma onda que se estende por milhares de anos-luz. Não admira que sejam difíceis de encontrar.

Candidato # 4:Neutrinos estéreis

A matéria escura também pode ser uma forma especial de neutrino, o que é complicado, porque os neutrinos já são especiais. Eles vêm em diferentes sabores (elétrons, muon e tau), e eles podem alternar entre os sabores enquanto viajam pelo espaço. Mais, eles são minimamente interativos e superleves.

Neutrinos de matéria escura, se eles existem, são os primos muito mais pesados ​​do neutrino. Neutrinos estéreis chamados, prevê-se que eles interajam com a matéria normal apenas quando alternam entre os sabores.

Candidato nº 5:matéria escura de interação automática

Esta é uma opção cada vez mais popular. E se não houver apenas um tipo de partícula de matéria escura, mas muitos?

Assim como a matéria normal tem um monte de partículas diferentes, o mesmo poderia acontecer com a matéria escura. Mas como as partículas normais e as partículas escuras não interagem muito, podemos nunca saber. Talvez a única maneira de observarmos essas partículas seja indiretamente, através de seu efeito gravitacional na evolução do cosmos. Raciocínios explodindo.

"Isso é muito fascinante, "diz Vid, no que poderia ser apenas o maior eufemismo do mundo.

"Mais e mais pessoas acreditam que a matéria escura não é apenas uma partícula, mas uma coleção de partículas, talvez em uma imagem espelhada do mundo que conhecemos. As partículas padrão que conhecemos, mas desconectado de nós, exceto pela gravidade e não interagindo conosco de qualquer outra forma. "

Mistério invisível

Será que algum dia descobriremos do que realmente é feita a matéria escura? Nós vamos, vamos dar o nosso melhor. Milhares de cientistas em todo o mundo estão em busca de sinais, testando novas ideias e desenvolvendo tecnologias alucinantes.

Costumávamos pensar que o mundo era plano. E que nosso universo era visível. O que trarão as próximas décadas?

Este artigo apareceu pela primeira vez no Particle, um site de notícias científicas baseado na Scitech, Perth, Austrália. Leia o artigo original.