Uma nova teoria sugere que a matéria escura pode ser um refugiado cósmico adicional

matéria escuraa matéria indescritível que compõe a maior parte da massa do universo, pode consistir em partículas massivas chamadas grávitons que surgiram pela primeira vez no primeiro instante após a grande explosão.

Uma nova teoria sugere que essas partículas virtuais podem ser refugiados cósmicos de dimensões extras.

Os cálculos dos pesquisadores indicam que essas partículas poderiam ter sido criadas nas quantidades certas para explicar matéria escuraque só pode ser “visto” por sua gravidade na matéria comum.

Grávitons massivos foram produzidos por colisões de partículas comuns no início do universo.

Acredita-se que esse processo seja muito raro para que grávitons massivos sejam candidatos à matéria escura”, disse o coautor do estudo Giacomo Cacciaglia, físico da Universidade de Lyon, na França, à Live Science.

Mas em um novo estudo publicado em fevereiro na revista Cartas de Revisão FísicaCacciapaglia, juntamente com os físicos da Universidade da Coreia Haiying Cai e Seung J. Lee, descobriram que muitos desses grávitons foram sintetizados no início do universo para explicar toda a matéria escura que atualmente descobrimos no universo.

O estudo descobriu que os grávitons, se presentes, teriam uma massa inferior a 1 megaelétron-volt (MeV), portanto, não mais que o dobro da massa de um elétron.

Este nível de massa é muito menor do que a escala na qual Bóson de Higgs Ele gera massa de matéria comum – o que é essencial para que o modelo produza o suficiente para explicar toda a matéria escura do universo. (Para comparação, a partícula mais leve conhecida é neutrinopesa menos de 2 MeV, enquanto o próton pesa cerca de 940 MeV, de acordo com Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia.)

A equipe encontrou esses grávitons hipotéticos enquanto procurava evidências de dimensões extras, que alguns físicos suspeitam existir ao lado das três dimensões observadas do espaço e da quarta. A Hora.

Na teoria de equipe, quando gravidade Ele se espalha através de dimensões adicionais e é incorporado em nosso universo como gravitons massivos.

Mas essas partículas irão interagir fracamente com a matéria comum, e apenas pela força da gravidade.

Essa descrição é estranhamente semelhante ao que sabemos sobre a matéria escura, que não interage com a luz, mas tem um efeito gravitacional que é sentido em todo o universo. Esse efeito gravitacional, por exemplo, é o que impede que as galáxias voem para longe.

“A principal vantagem dos grávitons massivos como partículas de matéria escura é que eles interagem apenas através da gravidade e, portanto, podem escapar das tentativas de detectar sua presença”, disse Kacchiapalia.

Em contraste, outros candidatos à matéria escura propuseram – como a interação de partículas massivas fracas, axônios e neutrinos Eles também podem ser sentidos através de suas interações muito sutis com outras forças e domínios.

O fato de que grávitons massivos dificilmente interagem via gravidade com outras partículas e forças no universo oferece outra vantagem.

“Por causa de suas interações muito fracas, eles decaem tão lentamente que permanecem estáveis ​​ao longo da vida do universo. Pela mesma razão, eles são produzidos lentamente durante a expansão do universo e se acumulam lá até hoje”, disse Cacciapaglia.

No passado, os físicos pensavam que os grávitons eram um provável candidato à matéria escura porque os processos que os produzem são muito raros. Como resultado, os grávitons serão gerados a taxas muito mais baixas do que outras partículas.

Mas a equipe descobriu que em picossegundos (trilionésimos de segundo) após a grande explosãoNo entanto, mais desses grávitons poderiam ter sido criados do que as teorias anteriores sugeriam.

O estudo descobriu que esse impulso foi suficiente para que grávitons massivos explicassem exatamente quanta matéria escura encontramos no universo.

“O reforço foi um choque”, disse Kachiapalia. “Tivemos que realizar muitos testes para garantir que o resultado estivesse correto, pois resulta em uma mudança de paradigma na maneira como consideramos grávitons massivos como potenciais candidatos à matéria escura”.

Como gravitons massivos são formados sob a escala de energia em Bóson de Higgslivre da incerteza relacionada a escalas de energia mais altas, que a física de partículas atual não descreve bem.

A teoria da equipe liga a física estudada em aceleradores de partículas como Grande Colisor de Hádrons Com a física da gravidade.

Isso significa que poderosos aceleradores de partículas, como o Future Circular Collider do CERN, que deve começar a operar em 2035, podem procurar evidências de potenciais partículas de matéria escura.

“Provavelmente nossa melhor chance é o Colisor de Partículas de Alta Resolução do futuro”, disse Kacchiapalia. “Isso é algo que estamos investigando atualmente.”

Este artigo foi originalmente publicado por Ciência ao vivo. Leia o O artigo original está aqui.