Em vazios cósmicos, onde a densidade das galáxias é muito menor do que o padrão, astrônomos observaram campos magnéticos fracos que podem fornecer uma janela para o início do universo. Os campos 10 ^-17 -10 ^-10 Acredita-se que G em magnitude com grandes comprimentos de coerência de até megaparsecs tenham suas origens no universo inicial, mas até agora não está claro quando ou como eles foram gerados. Uma hipótese é que um desequilíbrio no número de férmions "canhotos" e "destros" pode estar no centro disso, pois isso poderia dar origem a campos magnéticos helicoidais. Mas até agora não houve nenhuma análise detalhada de como a evolução do número de férmions destros e canhotos pode se comparar a essa hipótese. Agora, uma colaboração de pesquisadores na Europa relata uma análise mais rigorosa desse desequilíbrio da quiralidade com resultados surpreendentes.

A lateralidade ou quiralidade dos férmions é uma propriedade fundamental das partículas quânticas (relevante para a descrição da interação fraca entre elas). "Para férmions sem massa, ele coincide com a helicidade da partícula, ou seja, a projeção do spin da partícula na direção de seu movimento, "explica Oleksandr Sobol, um pesquisador de pós-doutorado na Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne em Swtizerland e na Universidade de Kiev, e autor correspondente neste último relatório. "Contudo, para férmions massivos reais, não há analogia simples. "

Oleksandr explica que certos processos podem inverter a quiralidade, o que tende a equilibrar o desequilíbrio na quiralidade de férmions ao longo do tempo. Até agora, os cosmologistas confiaram em uma estimativa dessa taxa de decaimento com base nas reações mais simples envolvidas nesses processos. De acordo com esses princípios, a taxa de decaimento é proporcional ao quadrado de uma constante fundamental conhecida como constante de estrutura fina, que quantifica a força das interações eletromagnéticas entre as partículas fundamentais. Contudo, uma das coisas que essa estimativa não leva em consideração é a maneira como as partículas no plasma diferem das partículas no vácuo. Acontece que isso tem um impacto significativo nos cálculos da probabilidade de um dos processos de espalhamento que pode inverter a quiralidade de uma partícula.

Efeitos ambientais

Em qualquer processo de dispersão, o momento é transferido de uma partícula em colisão para outra, explica Sobol. Quanto menor o momento transferido, quanto maior a probabilidade de ocorrer dispersão. Em sua análise da taxa de decaimento do desequilíbrio da quiralidade, ele e seus colaboradores se concentram principalmente no espalhamento Compton, onde um elétron e um fóton colidem, que pode inverter a quiralidade do elétron. Aqui, como destaque de Sobol, quando o elétron e o fóton trocam seus momentos sem que os valores dos momentos mudem muito, a probabilidade de espalhamento pode realmente disparar, crescendo tão rápido que a integração de todos os valores de transferência de momento possíveis tende ao infinito - uma chamada singularidade infravermelha, onde infravermelho se refere à baixa transferência de momento envolvida.

"Obviamente, isso não é físico, porque todas as quantidades devem permanecer finitas, "acrescenta Sobol, ressaltando que levar em consideração as diferenças entre as partículas no plasma e no vácuo pode resolver o problema. "O ambiente muda a dispersão de energia das partículas e torna sua vida útil finita." Levando esses efeitos ambientais em consideração, os pesquisadores foram capazes de tornar todas as quantidades finitas. O que eles também descobriram para sua surpresa, foi que uma das constantes de estrutura fina na relação de taxa de decaimento da quiralidade então se cancelou de modo que a taxa se tornou linearmente proporcional à constante de estrutura fina.

A mudança na relação que descreve a taxa de decaimento dá a ela um valor duas ordens de magnitude mais rápido do que o definido pela estimativa anterior. Embora essa grande discrepância possa soar como algo que deveria ter sido detectado em algum lugar ao longo da linha antes - ou pelo menos verificado -, só recentemente os cálculos numéricos usando esses valores tornaram-se realmente viáveis. "A análise quantitativa de plasmas com desequilíbrio quiral requer simulações complicadas e numericamente caras que as pessoas não eram capazes de realizar há muitos anos, "diz Sobol." Em outras palavras, até recentemente, o valor numérico exato da taxa de inversão da quiralidade não era necessário. "Ele também destaca que também não estava claro como calcular essa taxa, pois requer alguma matemática "não trivial" - uma expansão perturbativa dupla, na estrutura fina constante e massa do elétron.

Então, com uma taxa de decaimento tão rápida confirmada, o jogo acabou para as teorias de campos magnéticos primordiais gerados por meio do desequilíbrio da quiralidade de férmions? Não exatamente. Como Sobol aponta, outro fator chave é a rapidez com que o desequilíbrio da quiralidade pode ser transferido para o campo magnético. "Esta taxa ainda é desconhecida e definitivamente deve ser calculada, "diz Sobol." Apenas conhecendo as duas taxas pode-se concluir sobre a possibilidade de magnetogênese neste modelo. "

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