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quinta-feira, 7 de maio de 2015

Sinal galáctico acelera busca de matéria escura do LHC


Essa é uma das observações mais disputadas da física. Mas logo poderá haver uma explicação para um misterioso excesso de fótons de alta energia no centro da Via Láctea. A análise mais recente sugere que o sinal poderia vir de partícula de matéria escura com a massa necessária exata para ser encontrada no maior acelerador de partículas do mundo.

O Grande Colisor de Hádrons (LHC, em inglês), localizado no laboratório CERN de física de partículas perto de Genebra, na Suíça, deve voltar a colidir prótons neste verão boreal após um hiato de dois anos. Em entrevista à revista Nature, físicos disseram que pretendem tornar a busca por essa partícula uma das principais metas da segunda ativação do colisor.

Uma detecção positiva esclareceria a fonte dos raios-γ galácticos. Também revelaria a natureza da matéria escura, substância invisível que se acredita compor cerca de 85% da matéria do Universo, seria uma evidência, procurada há muito tempo, da supersimetria, e assim, um forte argumento para se estender o atual modelo padrão da física de partículas.

“Essa poderia ser a explicação mais promissora para o Centro Galáctico já proposta até hoje”, declara Dan Hooper, do Laboratório Nacional do Acelerador Fermi (Fermilab) em Batavia, no estado de Illinois, mas adiciona que “existem outras que não estão muito atrás”.

Em 2009, Hooper e Lisa Goodenough, então aluna de pós-graduação da New York University, foram os primeiros a identificar o sinal em dados do Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama, da Nasa. Eles propuseram que a observação era uma assinatura da matéria escura. Duas partículas de matéria escura em colisão aniquilariam uma à outra, assim como ocorre com matéria e antimatéria. A aniquilação geraria uma sucessão de partículas de vida curta que acabariam produzindo raios-γ.

Mas a partícula proposta, que foi batizada de hooperon ou gooperon em homenagens aos cientistas, logo encontrou problemas com a versão favorita da supersimetria. Ainda que a extensão supersimétrica mínima do modelo padrão (MSSM) permita partículas de matéria escura com a massa estimada de hooperons – cerca de 25-30 gigaeletronvolts (1 GeV é aproximadamente a massa de um próton) –, vários experimentos já sugeriram que as partículas devem ser mais pesadas que isso. Para acomodar hooperons, a MSSM teria que ser modificada o suficiente para deixar muitos físicos desconfortáveis. “Nós precisaríamos de uma teoria completamente nova”, observa Sascha Caron, físico de partículas da Universidade Radbound Nijmegen, na Holanda, que lidera a equipe responsável pelos cálculos mais recentes.

Céticos sugeriram que o excesso de raios-γ observado nos dados do Fermi tinham explicações mais simples, como emissões de estrelas de nêutrons ou resquícios de explosões estelares.

Mas no final de 2014, perceberam que os cálculos para a variação da massa de partículas de matéria escura que seriam compatíveis com as observações do Fermi eram conservadores demais. Novas estimativas do `ruído` de raios-γ produzido por fontes conhecidas, fornecidas pela equipe científica do Fermi e outras, permitem partículas muito mais pesadas. “O excesso pode ser explicado com uma partícula de até 200 GeV”, explica Simona Murgia, física da University of California, Irvine, e uma das principais cientistas da equipe do Fermi.

Condizente com o Big Bang

Armados com essa ideia, Caron e seus colaboradores recalcularam as previsões da teoria MSSM e encontraram outra possível explicação para o excesso – um candidato existente à matéria escura chamado de neutralino. O neutralino era pesado o suficiente para não ser excluído por experimentos anteriores, mas leve o suficiente para poder ser produzido na segunda ativação do LHC.

O modelo de Caron também permite uma previsão para a quantidade de matéria escura que deveria ter sido criada no Big Bang, que é compatível com observações da radiação cósmica de fundo – a radiação remanescente do Big Bang – realizadas pela sonda Planck, da Agência Espacial Europeia. Isso não pode ser uma coincidência, afirma ele. “Eu acho isso incrível”.

A equipe de Caron não é a única reavaliando as observações do Fermi sob a perspectiva das novas estimativas. Cálculos semelhantes, mas menos detalhados, realizados pelo físico Patrick Fox, do Fermilab, e seus colegas em novembro último também revelaram o neutralino como uma possível causa dos raios-γ do Fermi. E Katherine Freese, diretora do Nordita, o Instituto Nórdico de Física Teória em Estocolmo, declara que ela e seus colaboradores calcularam que o excesso poderia ser provocado por um tipo de matéria escura que faz parte de uma teoria menos popular da supersimetria.

A resolução desses problemas pode estar logo adiante. Além de ser produzido no LHC, o neutralino também poderia estar ao alcance de experimentos subterrâneos da próxima geração, prontos a detectar partículas de matéria escura que por acaso atravessem a Terra, informa o físico Albert De Roeck. Roeck trabalha no CMS, um dos dois detectores do LHC que caçarão a matéria escura. Se essa partícula realmente for a causa dos raios-γ, é possível que os sinais de matéria escura sejam observados muito em breve.

 Scientific American