Existiria uma quinta força da natureza?

A Terra rodeada de filamentos de matéria escura, segundo uma hipótese para explicar esse tipo de matéria. NASA/JPL-Caltech.[1]

 Num experimento elaborado em um laboratório na Hungria, foi detectado uma anomalia no decaimento radioativo que poderia ser a assinatura de uma quinta força fundamental da natureza, até então desconhecida.

 Attila Krasznahorkay no Institute for Nuclear Research da Hungarian Academy of Sciences em Debrecen, Hungria, e seus colegas, relataram seu resultado surpreendente em 2015 no servidor arXiv[2], e em janeiro do ano 2016, na revista Physical Review Letters. Mas o relatório – que postulou a existência de um novo bóson de luz apenas 34 vezes mais pesado que o elétron – foi largamente ignorado.

 Então, em 25 de abril, um grupo de físicos teóricos norte-americanos trouxe uma maior atenção ao publicar a sua própria análise do resultado no arXiv.[3] Os teóricos mostraram que os dados não entram em conflito com quaisquer experiências anteriores – e concluíram que poderia ser uma evidência da quinta força fundamental. “Nós a tiramos de uma relativa obscuridade”, diz Jonathan Feng, da University of California, Irvine, principal autor do relatório do arXiv.

  Durante a última década, a busca por novas forças cresceu devido à incapacidade do modelo padrão da física de partículas em explicar a matéria escura – uma substância invisível considerada constituir mais de 80% da massa do Universo. Os teóricos propuseram várias partículas exóticas de matéria e portadoras de força, incluindo “fótons escuros”, análogos aos fótons convencionais que carregam a força eletromagnética.

  A equipe húngara a procura de “fótons escuros” disparam prótons em alvos finos de lítio-7, que criaram núcleos instáveis de berílio-8 que, em seguida, decaíram e lançaram pares de elétrons e pósitrons. De acordo com o modelo padrão, os físicos devem ver que o número de pares observados cai à medida que o ângulo que separa a trajetória do elétron e do pósitron aumenta. Mas a equipe informou que por volta de 140 º, o número de tais emissões salta antes de cair novamente em ângulos maiores.

               Confiança na colisão

 Krasznahorkay diz que a colisão é uma forte evidência de que uma fração diminuta dos núcleos instáveis de berílio-8 derramaram seu excesso de energia sob a forma de uma nova partícula, que então decai em um par elétron-pósitron. Ele e seus colegas calcularam que a massa da partícula deve ser de cerca de 17 MeV/c².

 Feng e seus colegas dizem que a partícula de 17 MeV/c² não é um fóton escuro. Depois de analisar a anomalia à procura de propriedades consistentes com os resultados experimentais anteriores, eles concluíram que a partícula poderia ser um “bóson protofóbico X”. Essa partícula carregaria uma força de curtíssimo alcance que age em distâncias de apenas várias vezes a largura de um núcleo atômico. E onde um fóton escuro (como um fóton convencional) produziria um par de elétrons e prótons, o novo bóson produziria um par de elétrons e nêutrons. Feng diz que seu grupo está atualmente investigando outros tipos de partículas que poderiam explicar a anomalia. Mas o bóson protofóbico é “a possibilidade mais simples”, diz ele.

                Par não convencional

 Os pesquisadores devem não ter que esperar muito tempo para descobrir se uma partícula de 17 MeV/c² realmente existe. O experimento DarkLight no Jefferson Laboratory foi projetado para procurar fótons escuros com massas entre 10-100 MeV/c², disparando elétrons em um alvo de gás hidrogênio. Agora, diz o porta-voz Richard Milner, do MIT, ele terá como alvo a região de 17 MeV como uma prioridade, e dentro de cerca de um ano, poderia encontrar a partícula proposta ou estabelecer limites rigorosos sobre seu acoplamento com a matéria normal.

 O grupo de pesquisadores do LHC no CERN também irão procurar pelo bóson proposto, o experimento será realizado no LHCb, um laborató de partículas de física da Europa, perto de Genebra, que vai estudar o decaimento quark-antiquark, e dois experimentos que vão disparar pósitrons em um alvo fixo – um no INFN Institute Frascati National Laboratory perto Roma, que deve entrar em operação em 2018, e outro no Budker Institute of Nuclear Physics, na cidade siberiana de Novosibirsk, na Rússia.

Texto por: Maycol Szpunar

 Referências:

[1] El País: Existe uma quinta força da natureza? Disponível em; <http://brasil.elpais.com/brasil/2016/08/31/ciencia/1472658226_451236.html>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.

[2] Cornell University Library: Observation of Anomalous Internal Pair Creation in 8Be: A Pssible Signature of a Light, Neutral Boson. Disponível em: <https://arxiv.org/abs/1504.01527>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.

[3] Cornell University Library: Protophobic Fifth Force Interpretation of the Observed Anomaly in 8Be Nuclear Transitions. Disponível em: <http://arxiv.org/abs/1604.07411>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.

[4] Nature: Haz a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?. Disponível em: <http://www.nature.com/news/has-a-hungarian-physics-lab-found-a-fifth-force-of-nature-1.19957>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.