Todas as partículas elementares conhecidas têm cargas elétricas que são múltiplos inteiros de um terço da carga do elétron. Mas algumas teorias prevêem a existência de partículas elementares "milichargas" que teriam uma carga muito menor que a carga do elétron e poderiam ser responsáveis ​​pela indescritível matéria escura que preenche o universo. Uma equipe internacional de pesquisadores relatou agora a primeira busca no Large Hadron Collider (LHC) - e mais geralmente em qualquer colisor de hadron - por partículas elementares com cargas menores do que um décimo da carga do elétron.

Muitos estudos anteriores tentaram e não conseguiram encontrar partículas milicharregadas, ambos diretamente, em experimentos com e sem colisor, e indiretamente, usando observações astronômicas. Mas as partículas milicharregadas com massas entre cerca de 1 bilhão de elétron-volts (GeV) e 100 GeV permanecem amplamente inexploradas devido à falta de sensibilidade dos detectores de corrente a tais partículas.

É aqui que um detector proposto chamado milliQan pode fazer a diferença. O detector seria sensível a partículas millicharged de 1–100 GeV produzidas em colisões próton-próton no LHC, através do flash de luz criado em seu interior pela passagem de tal partícula. O detector ainda não foi aprovado, e se aprovado, então construído, mas um detector demonstrador que é apenas 1% do detector completo e foi instalado no LHC em 2017 e coletou dados em 2018 agora apresentou resultados promissores.

Os dados obtidos pelo demonstrador milliQan descartam a existência de partículas milicharregadas com massas entre 20 e 4700 MeV para cargas que variam entre 0,006 e 0,3 vezes a carga do elétron, dependendo da massa. Os resultados são consistentes com aqueles obtidos anteriormente por outros experimentos e representam a primeira aventura de um colisor de hadron no território de partículas com carga menor que 0,1 vez a carga do elétron.

“Estamos muito satisfeitos com os resultados do demonstrador. Certamente, ele atingiu o objetivo original de fornecer feedback sobre o nosso projeto e nos dar experiência com sua operação, mas demonstrar que com apenas um protótipo de 1% já fomos capazes de colocar novas restrições nas propriedades de partículas milicharregadas foi um bom bônus. Agora estamos bastante confiantes de que o detector milliQan em escala real terá o desempenho esperado, e estamos ansiosos para garantir o financiamento para que isso aconteça, "diz Chris Hill, co-porta-voz da colaboração milliQan.