Fótons escuros: a chave para desvendar o mistério da matéria escura?

Uma equipa global de cientistas aprofundou-se na compreensão da natureza complexa da matéria escura, que compreende impressionantes 84% ​​do conteúdo de matéria do Universo. O seu foco tem sido o “fóton escuro”, uma partícula teórica que pode preencher a lacuna entre o indescritível setor escuro e a matéria regular.

Liderada por especialistas da Universidade de Adelaide, uma equipa de investigadores internacionais descobriu mais pistas na busca por conhecimentos sobre a natureza da matéria escura.

“A matéria escura representa 84% da matéria do universo, mas sabemos muito pouco sobre ela”, disse o professor Anthony Thomas, professor sênior de física da Universidade de Adelaide.

“A existência da matéria escura foi firmemente estabelecida a partir das suas interações gravitacionais, mas a sua natureza precisa continua a escapar-nos, apesar dos melhores esforços dos físicos de todo o mundo.”

“A chave para compreender este mistério pode estar no fóton escuro, uma partícula teórica massiva que pode servir como um portal entre o setor escuro das partículas e a matéria regular.”

O fóton escuro e seu significado

A matéria regular, da qual nós e o nosso mundo físico somos feitos, é muito menos abundante do que a matéria escura: existe cinco vezes mais matéria escura do que matéria normal. Descobrir mais sobre a matéria escura é um dos maiores desafios para os físicos de todo o mundo.

O fóton escuro é uma hipotética partícula de setor oculto, proposta como portadora de força semelhante ao fóton do eletromagnetismo, mas potencialmente conectada à matéria escura. Testar as teorias existentes sobre a matéria escura é uma das abordagens que cientistas como o Professor Thomas, juntamente com os colegas Professor Martin White, Dr. Xuangong Wang e Nicholas Hunt-Smith, que são membros do Centro de Excelência para Pesquisa do Australian Research Council (ARC) Física de Partículas de Matéria Escura, estão buscando obter mais pistas sobre esta substância indescritível, mas altamente importante.

“Nosso trabalho mostra que a hipótese do fóton escuro é preferida à hipótese do modelo padrão com uma significância de 6,5 sigma, o que constitui evidência para a descoberta de uma partícula.” —Professor Anthony Thomas

Insights de colisões de partículas

“Em nosso último estudo, examinamos os efeitos potenciais que um fóton escuro poderia ter no conjunto completo de resultados experimentais do processo de espalhamento inelástico profundo”, disse o professor Thomas.

A análise dos subprodutos das colisões de partículas aceleradas a energias extremamente elevadas dá aos cientistas boas evidências da estrutura do mundo subatômico e das leis da natureza que o governam.

Na física de partículas, espalhamento inelástico profundo é o nome dado a um processo usado para sondar o interior dos hádrons (particularmente os bárions, como prótons e nêutrons), usando elétrons, múons e neutrinos.

“Usamos a estrutura de análise global da função de distribuição de partons do Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) de última geração, modificando a teoria subjacente para permitir a possibilidade de um fóton escuro”, disse o professor Thomas.

“Nosso trabalho mostra que a hipótese do fóton escuro é preferida à hipótese do modelo padrão com uma significância de 6,5 sigma, o que constitui evidência para a descoberta de uma partícula.”

A equipe, que inclui cientistas da Universidade de Adelaide e colegas do Laboratório Jefferson, na Virgínia, EUA, publicou suas descobertas no Journal of High Energy Physics.

Referência: “Global QCD analysis and dark photons” por NT Hunt-Smith, W. Melnitchouk, N. Sato, AW Thomas, XG Wang e MJ White em nome da colaboração Jefferson Lab Angular Momentum (JAM), 15 de setembro de 2023, Diário de Física de Altas Energias.

DOI: 10.1007/JHEP09(2023)096 via scitechdaily

 

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