Uma equipe de cientistas da Hungria publicou recentemente um artigo que sugere a existência de uma partícula subatômica até então desconhecida. A equipe relatou pela primeira vez a descoberta de vestígios da partícula em 2016, e agora eles relatam mais traços em um experimento diferente.

Se os resultados forem confirmados, a chamada partícula X17 pode ajudar a explicar a matéria escura, a substância misteriosa que os cientistas acreditam ser responsável por mais de 80% da massa do universo. Pode ser o portador de uma "quinta força" além das quatro consideradas no modelo padrão da física (gravidade, eletromagnetismo, a força nuclear fraca e a força nuclear forte).

Quebrando átomos

A maioria dos pesquisadores que procuram novas partículas usa enormes aceleradores que unem as partículas subatômicas em alta velocidade e observam o que sai da explosão. O maior desses aceleradores é o Grande Colisor de Hádrons na Europa, onde o bóson de Higgs - uma partícula que os cientistas caçaram por décadas - foi descoberto em 2012.

Attila J. Krasznahorkay e seus colegas do ATOMKI (Instituto de Pesquisa Nuclear de Debrecen, Hungria) adotaram uma abordagem diferente, conduzir experimentos menores que disparam as partículas subatômicas chamadas prótons nos núcleos de diferentes átomos.

Em 2016, eles examinaram pares de elétrons e pósitrons (a versão de antimatéria dos elétrons) produzidos quando os núcleos de berílio-8 passaram de um estado de alta energia para um estado de baixa energia.

Eles encontraram um desvio do que esperavam ver quando havia um grande ângulo entre os elétrons e pósitrons. Essa anomalia poderia ser melhor explicada se o núcleo emitisse uma partícula desconhecida que mais tarde se "dividisse" em um elétron e um pósitron.

Esta partícula teria que ser um bóson, que é o tipo de partícula que carrega força, e sua massa seria de cerca de 17 milhões de elétron-volts. Isso é tão pesado quanto 34 elétrons, o que é bastante leve para uma partícula como esta. (O bóson de Higgs, por exemplo, é mais de 10, 000 vezes mais pesado.)

Por causa de sua massa, Krasznahorkay e sua equipe chamaram a partícula hipotética de X17. Agora eles observaram algum comportamento estranho em núcleos de hélio-4 que também pode ser explicado pela presença de X17.

Esta última anomalia é estatisticamente significativa - um nível de confiança de sete sigma, o que significa que há apenas uma possibilidade muito pequena de o resultado ter ocorrido por acaso. Isso está muito além do padrão usual de cinco sigma para uma nova descoberta, portanto, o resultado parece sugerir que há alguma nova física aqui.

Verificação e verificação dupla

Contudo, o novo anúncio e o de 2016 foram recebidos com ceticismo pela comunidade da física - o tipo de ceticismo que não existia quando duas equipes anunciaram simultaneamente a descoberta do bóson de Higgs em 2012.

Então, por que é tão difícil para os físicos acreditar que um novo bóson leve como esse possa existir?

Primeiro, experimentos desse tipo são difíceis, e também a análise dos dados. Os sinais podem aparecer e desaparecer. Em 2004, por exemplo, o grupo em Debrecen encontrou evidências que interpretaram como a possível existência de um bóson ainda mais leve, mas quando eles repetiram a experiência, o sinal sumiu.

Segundo, é preciso ter certeza de que a própria existência do X17 é compatível com os resultados de outros experimentos. Nesse caso, tanto o resultado de 2016 com berílio quanto o novo resultado com hélio podem ser explicados pela existência do X17, mas uma verificação independente de um grupo independente ainda é necessária.

Krasznahorkay e seu grupo relataram pela primeira vez evidências fracas (em um nível de três sigma) para um novo bóson em 2012 em um workshop na Itália.

Desde então, a equipe repetiu o experimento usando equipamentos atualizados e reproduziu com sucesso os resultados do berílio-8, o que é reconfortante, assim como os novos resultados do hélio-4. Esses novos resultados foram apresentados no simpósio HIAS 2019 na Australian National University em Canberra.

O que isso tem a ver com a matéria escura?

Os cientistas acreditam que a maior parte da matéria do universo é invisível para nós. A chamada matéria escura só interagiria com a matéria normal de forma muito fraca. Podemos inferir que existe a partir de seus efeitos gravitacionais em estrelas e galáxias distantes, mas nunca foi detectado no laboratório.

Então, onde entra o X17?

Em 2003, em um de nós (Boehm) mostrou que uma partícula como X17 poderia existir, em trabalho em co-autoria com Pierre Fayet e sozinho. Ele carregaria força entre as partículas de matéria escura da mesma forma que os fótons, ou partículas de luz, fazer para a matéria comum.

Em um dos cenários que propus, partículas leves de matéria escura às vezes podem produzir pares de elétrons e pósitrons de uma forma semelhante à que a equipe de Krasznahorkay viu.

Este cenário levou a muitas pesquisas em experimentos de baixa energia, que descartou muitas possibilidades. Contudo, O X17 ainda não foi descartado - nesse caso, o grupo Debrecen pode realmente ter descoberto como as partículas de matéria escura se comunicam com o nosso mundo.

Mais evidências necessárias

Embora os resultados de Debrecen sejam muito interessantes, a comunidade da física não ficará convencida de que uma nova partícula foi de fato encontrada até que haja uma confirmação independente.

Portanto, podemos esperar muitos experimentos em todo o mundo que procuram um novo bóson leve para começar a procurar evidências de X17 e sua interação com pares de elétrons e pósitrons.

Se a confirmação chegar, a próxima descoberta pode ser as próprias partículas de matéria escura.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.