A caça à matéria escura é um dos desafios mais emocionantes que a física fundamental enfrenta no século XXI. Os pesquisadores sabem há muito tempo que ele deve existir, tantas observações astrofísicas seriam impossíveis de explicar. Por exemplo, as estrelas giram muito mais rápido nas galáxias do que fariam se existisse apenas matéria "normal".

No total, o assunto que podemos ver apenas contas, no máximo, 20 por cento da matéria total do universo - o que significa que notáveis ​​80 por cento é matéria escura. "Há um elefante na sala, mas simplesmente não podemos vê-lo, "disse o professor Dmitry Budker, pesquisador do PRISMA + Cluster de Excelência da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e do Helmholtz Institute Mainz (HIM), explicando o problema que ele e muitos de seus colegas em todo o mundo estão enfrentando.

A matéria escura pode consistir em partículas extremamente leves

Mas até agora ninguém sabe do que é feita a matéria escura. Cientistas da área estão considerando e pesquisando toda uma gama de partículas possíveis que podem teoricamente se qualificar como candidatas. Entre eles estão partículas bosônicas extremamente leves, atualmente considerada uma das perspectivas mais promissoras. "Eles também podem ser considerados como um campo clássico oscilando em uma frequência específica. Mas ainda não podemos calcular isso - e, portanto, a massa das partículas, "explicou Budker." Nossa suposição básica é que este campo de matéria escura está acoplado à matéria visível e tem uma influência extremamente sutil em certas propriedades atômicas que normalmente seriam constantes. "

Budker e sua equipe em Mainz desenvolveram um novo método que eles descrevem na edição atual da principal revista especializada Cartas de revisão física . Ele emprega espectroscopia atômica e envolve o uso de vapor de átomo de césio. Somente na exposição à luz laser de um comprimento de onda muito específico esses átomos ficam excitados. A conjectura é que mudanças mínimas no comprimento de onda observado correspondente indicariam o acoplamento do vapor de césio a um campo de partículas de matéria escura.

"Em princípio, nosso trabalho é baseado em um modelo teórico particular, as hipóteses que estamos testando experimentalmente, "acrescentou o autor principal do artigo, Dr. Dionysis Antypas. "Nesse caso, o conceito subjacente ao nosso trabalho é o modelo de relaxamento desenvolvido por nossos colegas e coautores no Instituto Weizmann em Israel. "De acordo com a teoria de relaxamento, deve haver uma região nas proximidades de grandes massas, como a Terra, na qual a densidade da matéria escura é maior, tornando os efeitos de acoplamento mais fáceis de observar e detectar.

Faixa de frequência pesquisada anteriormente inacessível

Com sua nova técnica, os cientistas agora acessaram uma faixa de frequência até então inexplorada na qual, como postulado na teoria do relaxamento, os efeitos de certas formas de matéria escura nas propriedades atômicas do césio devem ser relativamente fáceis de detectar. Os resultados também permitem aos pesquisadores formular novas restrições quanto à provável natureza da matéria escura. Dmitry Budker compara essa busca meticulosa à caça a um tigre no deserto. "Na faixa de frequência que exploramos em nosso trabalho atual, ainda não localizamos a matéria escura. Mas pelo menos, agora que pesquisamos nesta faixa, sabemos que não precisamos fazer isso de novo. "Os pesquisadores ainda não sabem onde a matéria escura - o tigre em sua metáfora - está à espreita, mas agora eles sabem onde não está. "Simplesmente continuamos mirando mais de perto na parte do deserto onde o tigre provavelmente estará. E, em algum ponto, nós vamos pegá-lo, "manteve Budker com confiança.