Dois físicos teóricos da Universidade da Califórnia, Davis tem um novo candidato para matéria escura, e uma possível maneira de detectá-lo. Eles apresentaram seu trabalho em 6 de junho na conferência Planck 2019 em Granada, Espanha e submetido para publicação.

Acredita-se que a matéria escura constitua pouco mais de um quarto do nosso universo, com a maior parte do resto sendo energia escura ainda mais misteriosa. Não pode ser visto diretamente, mas a presença de matéria escura pode ser detectada porque sua gravidade determina a forma de galáxias distantes e outros objetos.

Muitos físicos acreditam que a matéria escura é composta de alguma partícula ainda a ser descoberta. Por algum tempo, o candidato favorito é o Weakly Interacting Massive Particle ou WIMP. Mas apesar de anos de esforço, Os WIMPs até agora não apareceram em experimentos projetados para detectá-los.

"Ainda não sabemos o que é a matéria escura, "disse John Terning, professor de física na UC Davis e co-autor do artigo. "O principal candidato por muito tempo foi o WIMP, mas parece que isso está quase completamente descartado. "

Uma alternativa ao modelo WIMP de matéria escura exige uma forma de "eletromagnetismo escuro", incluindo "fótons escuros" e outras partículas. Os fótons escuros teriam um acoplamento fraco com os fótons "regulares".

Em seu novo jornal, O pesquisador de pós-doutorado Christopher Verhaaren acrescenta uma reviravolta a essa ideia:um "monopolo" magnético escuro que interagiria com o fóton escuro.

No mundo macroscópico, ímãs sempre têm dois pólos, norte e Sul. Um monopolo é uma partícula que atua como uma extremidade de um ímã. Monopólos são previstos pela teoria quântica, mas nunca foram observados em um experimento. Os cientistas sugerem que os monopólos escuros interagiriam com os fótons e elétrons escuros da mesma forma que a teoria prevê que os elétrons e os fótons interajam com os monopólos.

Uma nova maneira de detectar matéria escura

E isso implica uma maneira de detectar essas partículas escuras. O físico Paul Dirac previu que um elétron movendo-se em um círculo próximo a um monopolo perceberia uma mudança de fase em sua função de onda. Como os elétrons existem tanto como partículas quanto como ondas na teoria quântica, o mesmo elétron poderia passar pelos dois lados do monopolo e, como resultado, ficar ligeiramente defasado no outro lado.

Este padrão de interferência, chamado de efeito Aharonov-Bohm, significa que um elétron que passa em torno de um campo magnético é influenciado por ele, mesmo que não passe pelo próprio campo.

Terning e Verhaaren argumentam que você pode detectar um monopolo escuro devido à maneira como ele muda a fase dos elétrons à medida que eles passam.

"Este é um novo tipo de matéria escura, mas também vem com uma nova maneira de procurá-la, "Disse Terning.

Os feixes de elétrons são relativamente fáceis de encontrar:microscópios eletrônicos foram usados ​​para demonstrar o efeito Aharonov-Bohm na década de 1960, e a tecnologia de feixe de elétrons melhorou com o tempo, Terning anotado.

Teoricamente, partículas de matéria escura estão fluindo através de nós o tempo todo. Para ser detectável no modelo de Terning e Verhaaren, os monopólos teriam que ser excitados pelo sol. Então, eles levariam cerca de um mês para chegar à Terra, viajando a cerca de um milésimo da velocidade da luz.

Por outro lado, a mudança de fase prevista é extremamente pequena - menor do que o necessário para detectar ondas de gravidade, por exemplo. Contudo, Terning observou que quando o experimento de ondas gravitacionais LIGO foi proposto pela primeira vez, a tecnologia para fazê-lo funcionar não existia, em vez disso, a tecnologia foi atualizada com o tempo.