Um experimento de alta precisão liderado pela TU Wien tem como objetivo localizar os hipotéticos "campos simétricos" usando a fonte de nêutrons ultrafrios PF2 no Institut Laue-Langevin na França. Pois a existência de simetrons poderia fornecer uma explicação para a misteriosa energia escura.

Uma coisa é certa:há algo lá fora que ainda não sabemos. Há anos, os cientistas procuram por "matéria escura" ou "energia escura - com nosso inventário atual de partículas e forças na natureza, simplesmente não podemos explicar os principais fenômenos cosmológicos, por exemplo, por que o universo está se expandindo a uma taxa cada vez mais rápida.

Novas teorias para a "energia escura" foram sugeridas. Um dos candidatos é o chamado "campo simetron, "que permeia o espaço de maneira muito semelhante ao campo de Higgs. Na TU Viena, os pesquisadores desenvolveram um experimento capaz de medir forças extremamente pequenas com a ajuda de nêutrons. As medições foram feitas durante uma campanha de 100 dias no Institut Laue-Langevin , em sua fonte de nêutrons ultrafrios PF2. Eles poderiam ter fornecido indicadores para os simetrons misteriosos - mas as partículas não apareceram. Embora este não seja o fim da teoria, pelo menos exclui a possibilidade de simetrons existentes em uma ampla gama de parâmetros - e "energia escura" terá que ser explicada de forma diferente.

O simetron - o irmão mais novo do bóson de Higgs?

De acordo com Hartmut Abele, o cientista-chefe do projeto, a teoria do simetron seria uma explicação particularmente elegante para a matéria escura. "Já temos provas do campo de Higgs, e o campo simétrico está intimamente relacionado. "No entanto, como com a partícula de Higgs, cuja massa não era conhecida até que a existência da partícula fosse confirmada, as propriedades físicas dos simétrons não podem ser previstas com precisão.

Abele explica, "Ninguém pode dizer qual é a massa de simetrons, nem com que intensidade eles interagem com a matéria normal. É por isso que é tão difícil provar sua existência experimentalmente - ou sua inexistência. "A existência de simetrons só pode ser confirmada ou refutada dentro de um determinado intervalo de parâmetro - simetrons, em outras palavras, com massa ou constantes de acoplamento em uma faixa de valor específica.

Os cientistas estão, portanto, progredindo com cautela, de um experimento para o outro, testando diferentes intervalos de parâmetros. Já estava claro que vários intervalos poderiam ser excluídos. Simetrons, por exemplo, com alta massa e baixas constantes de acoplamento não podem existir, como eles já teriam aparecido em nível atômico. As investigações sobre o átomo de hidrogênio teriam dado resultados diferentes. De forma similar, simétrons em um determinado intervalo com constantes de acoplamento muito altas também podem ser excluídos, como já teriam sido detectados em outros experimentos usando pêndulos maciços.

Usando nêutrons como sensores de força na fonte de nêutrons do Institut Laue-Langevin

Dito isto, ainda havia muito espaço para admitir a existência de simetrons, e isso é o que a equipe investigou agora no experimento. Um fluxo de nêutrons extremamente lentos foi disparado entre duas superfícies de espelho. Os nêutrons podem ser encontrados em dois estados físicos quânticos diferentes. As energias desses estados dependem das forças exercidas sobre o nêutron, e é isso que torna o nêutron um detector de força tão sensível. Se a força atuando no nêutron logo acima da superfície do espelho for diferente da força mais acima, isso seria um forte indicador da existência de um campo simetron. Mario Pitschmann da TU Vienna, Philippe Brax do CEA perto de Paris e Guillaume Pignol do LPSC em Grenoble calcularam a influência de um campo simétrico no nêutron. Este efeito, Contudo, não pode ser observado, apesar da extrema precisão da medição.

A precisão da medição da diferença de energia é de cerca de 2x10 ^-15 elétron-volts (um número deve-se à dissertação de Gunther Cronenberg). Essa é a energia necessária para elevar um único elétron no campo gravitacional da Terra a uma distância de cerca de 30 micrômetros, que é uma quantidade de energia inimaginavelmente pequena.

Os nêutrons ultrafrios necessários para o experimento foram gerados e administrados pelo instrumento PF2 do Institut Laue-Langevin. "Com seu fluxo incomparável de nêutrons ultrafrios, O PF2 é praticamente o único instrumento disponível para este tipo de medição de alta precisão com taxas de contagem extremamente baixas, ", diz Tobias Jenke. Jenke desempenhou um papel importante no desenvolvimento do experimento TU Vienna. Ele agora, junto com Peter Geltenbort, responsável pela fonte de nêutrons frios do Institut Laue-Langevin. A Áustria é um membro científico do Instituto e, portanto, tem acesso ao seu conjunto de instrumentos. O experimento é um excelente exemplo de colaboração científica entre pesquisadores austríacos e franceses.

No momento, as coisas não parecem muito brilhantes para a teoria do simetron, embora seja muito cedo para excluir completamente sua existência. "Excluímos um domínio de parâmetro amplo:se houvesse simetrons com propriedades neste domínio, nós os teríamos encontrado." Para fechar as lacunas restantes, no entanto, a ciência precisa de medições ainda melhores - ou uma grande descoberta que forneça uma solução completamente diferente para o mistério da energia escura.