Cientistas propuseram uma nova partícula que é um portal para uma 5ª dimensão

O caminho para a matéria escura e outros enigmas fundamentais pode ser por meio de uma dimensão extra distorcida, de acordo com um novo estudo que propõe uma nova teoria do universo.
  • Imagem: wacomka via Getty Images

    Os cientistas querem procurar uma partícula hipotética que possa atuar como um portal para uma quinta dimensão distorcida que medeia os reinos cósmicos de luz e escuridão.

    Você seria perdoado por supor que a frase é uma sinopse de ficção científica, mas na verdade é o resultado surpreendente de um estudo recente que busca iluminar alguns dos enigmas mais persistentes da ciência.

    A existência dessa partícula especulativa poderia fornecer uma explicação natural para a abundância de matéria escura, uma substância não identificada que responde pela maior parte da massa do universo, e resolver problemas intratáveis ​​sobre partículas subatômicas conhecidas como férmions, de acordo com a nova pesquisa, que foi publicado no mês passado dentro The European Physical Journal C .



    O estudo acrescenta que a presença de uma nova física pode explicar esses mistérios fundamentais, apresentando um modelo do universo com uma quinta dimensão que pode ser atravessada por partículas.

    O estudo foi de autoria de Javier Castellano e Matthias Neubert, físicos teóricos do PRISMA + Cluster de Excelência da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, e Adrián Carmona, bolsista Athenea3i no departamento de física teórica e o cosmos da Universidade de Granada.

    Já faz algum tempo que trabalhamos em um tema semelhante, disse a equipe por e-mail.

    Nossa motivação inicial era explicar a possível origem das massas de férmions em teorias com uma dimensão extra empenada.

    Sabíamos que as massas desses constituintes tinham algumas características especiais, que clamavam por uma explicação, disseram.

    Os pesquisadores fazem parte de uma longa tradição científica que questiona se as quatro dimensões que os humanos podem compreender - espaço e tempo 3D - são realmente tudo o que o universo tem a oferecer. Esta linha de pesquisa produziu equações de campo 5-dimensionais que expressam as implicações que uma dimensão extra teria no universo e na própria realidade.

    Ao pesquisar essas equações em relação às massas dos férmions, a equipe esboçou a existência de um novo campo escalar associado a uma partícula especulativa que é aproximadamente semelhante ao campo de Higgs associado à famosa partícula do bóson de Higgs.

    Descobrimos que o novo campo escalar tinha um comportamento interessante e não trivial ao longo da dimensão extra, explicou a equipe. Como essa nova partícula tem propriedades quânticas muito semelhantes às do bóson de Higgs, era muito natural supor que as duas partículas deveriam se misturar, o que significa que suas funções de onda da mecânica quântica estão interligadas.

    Estudar essa mistura foi uma das motivações originais deste trabalho, acrescentaram os pesquisadores.

    À medida que investigavam essa hipótese, os físicos perceberam que a partícula pesada poderia oferecer uma janela única para a matéria escura porque seria capaz de mediar uma nova força conectando a matéria escura e sua contraparte visível mais familiar, que assume a forma de estrelas, planetas, e tudo o mais que podemos detectar com a astronomia tradicional baseada na luz.

    Se essa partícula pesada existir, ela necessariamente conectará a matéria visível que conhecemos e que estudamos em detalhes com os constituintes da matéria escura, assumindo que a matéria escura é composta de férmions fundamentais, que vivem na dimensão extra, o os físicos explicaram.

    Esta não é uma ideia rebuscada, uma vez que sabemos que a matéria comum é feita de férmions e que, se essa dimensão extra existir, eles muito provavelmente se propagarão nela, observaram.

    Os modelos da partícula hipotética não entraram em conflito com a evidência observacional real da abundância de matéria escura no universo. Esta concordância geral com a evidência empírica, juntamente com o pesado trabalho matemático no estudo, demonstra que a partícula pode ser um possível novo mensageiro para o setor escuro, disseram os pesquisadores.

    Portanto, a confirmação da existência de tal nova partícula escalar abrirá um caminho estimulante para a possível descoberta de matéria escura, disse a equipe. Isso nos dará, em particular, informações muito úteis sobre a possível faixa de massa da matéria escura e suas interações com as partículas que conhecemos hoje em dia.

    Agora que os cientistas têm uma liderança nessa partícula hipotética e em sua 5ª dimensão, eles precisam realmente procurá-la. O bóson de Higgs foi finalmente localizado pelo Large Hadron Collider (LHC) na Suíça em 2012, uma conquista que rendeu o Prêmio Nobel de Física. Porém, o LHC não estaria equipado para buscar a partícula proposta no novo papel, pois seria muito pesada para ser gerada em qualquer instalação atual.

    Embora a partícula possa ser detectável por uma nova geração de colisores propostos, como o International Linear Collider, o Compact Linear Collider (CLIC) e o Future Circular Collider, os pesquisadores disseram que, devido à sua grande massa, as perspectivas de um colisor direto a descoberta parece muito desafiadora, mesmo com as altas energias discutidas para tal máquina (100 TeV).

    Mesmo assim, os pesquisadores acreditam que a partícula poderia ser detectada de forma mais indireta, como por meio da observação de ondas gravitacionais, que são ondulações no espaço-tempo.

    Outra possibilidade, que ainda não exploramos, é que essa nova partícula possa desempenhar um papel importante na história cosmológica do universo, podendo produzir ondas gravitacionais que podem ser pesquisadas com futuros detectores de ondas gravitacionais, acrescentaram os pesquisadores.

    Estudos futuros da matéria escura também podem ajudar a restringir as chances de existência da partícula, então a equipe está otimista de que seu conceito de 5ª dimensão se desenvolverá junto com os avanços na física de partículas e cosmologia. Além de suas implicações para a compreensão da matéria escura, a partícula, se existir, pode lançar luz sobre dilemas científicos de longa data, como o quebra-cabeça dos sabores ou o problema da hierarquia, ao mesmo tempo que abre uma nova janela para o universo primitivo.

    Pode-se estudar o papel potencial desempenhado pela nova partícula escalar na estabilização da dimensão extra, disse a equipe. Isso também pode levar a uma história cosmológica interessante do universo e pode levar à produção de ondas gravitacionais. É uma linha de pesquisa interessante, que pretendemos seguir nos próximos meses.

    Também é possível tentar encontrar novas maneiras de sondar essa partícula em futuros colisões de hadrons, concluíram os pesquisadores. Como você pode ver, há muitas coisas em que se pode pensar!