O maior destruidor de átomos do mundo pode estar perdendo sua matéria escura. Mas os físicos estão obtendo uma imagem mais clara de como pode ser a matéria escura perdida - se é que ela existe.
O ATLAS, o detector de partículas muito grandes no Large Hadron Collider (LHC), com sede em Genebra, é mais conhecido por descobrir o bóson de Higgs em 2012. Agora ele passou a caçar partículas ainda mais exóticas - incluindo "supersimétricas" teóricas "partículas ou partículas parceiras de todas as partículas conhecidas no universo.
Se a supersimetria for real, algumas dessas partículas podem explicar a matéria escura invisível que se espalha pelo nosso universo. Agora, um par de resultados apresentados em uma conferência focada no ATLAS em março ofereceu a descrição mais precisa ainda de como seriam essas partículas hipotéticas.
Matéria invisível
Vamos voltar.
A matéria escura é o material invisível que pode compor a maior parte do universo. Existem várias razões para suspeitar que ela existe, mesmo que ninguém possa vê-la. Mas aqui está a mais óbvia: existem galáxias.
Olhando ao redor do nosso universo, os pesquisadores podem ver que as galáxias não parecem grandes o suficiente para se unirem à gravidade de suas estrelas visíveis e outras matérias comuns. Se as coisas que pudéssemos ver fossem tudo o que existe, essas galáxias se separariam. Isso sugere que alguma matéria escura invisível está agrupada em galáxias e as mantém unidas à sua gravidade.
Mas nenhuma das partículas conhecidas pode explicar a teia cósmica das galáxias. Assim, a maioria dos físicos supõe que há algo mais por aí, algum tipo de partícula (ou partículas) que nunca vimos, que compõe toda a matéria escura.
Físicos experimentais construíram muitos detectores para caçá-los.
Esses experimentos funcionam de maneiras diferentes, mas, em essência, muitos significam colocar um grande pedaço de material em uma sala muito escura e observá-lo com muito cuidado. Eventualmente, segundo a teoria, alguma partícula de matéria escura se chocará com o grande pedaço de material e fará com que ela brilhe. E, dependendo da natureza das coisas e do brilho, os físicos aprenderão como era a partícula da matéria escura.
O ATLAS está adotando a abordagem oposta, procurando partículas de matéria escura em um dos lugares mais brilhantes da Terra. O LHC é uma máquina muito grande que esmaga partículas em velocidades inacreditavelmente altas. Dentro de suas milhas de tubos, há uma espécie de explosão contínua de novas partículas formadas nessas colisões. Quando o ATLAS descobriu o bóson de Higgs, o que viu foi um monte de bósons de Higgs que foram realmente criados pelo LHC.
Alguns teóricos pensam que o LHC também pode estar criando tipos específicos de partículas de matéria escura: parceiros supersimétricos de partículas conhecidas. A palavra "supersimetria" refere-se a uma teoria que muitas das partículas conhecidas na física descobriram "parceiros" muito mais difíceis de detectar. Essa teoria não foi provada, mas se fosse verdade, simplificaria muitas das equações confusas que atualmente governam a física de partículas.
Também é possível que partículas supersimétricas com as propriedades corretas possam explicar parte ou toda a matéria escura que falta no universo. E se eles estão sendo fabricados no LHC, o ATLAS deve ser capaz de provar isso.
A busca por partículas supersimétricas
Mas há um problema. Os físicos estão cada vez mais convencidos de que, se essas partículas supersimétricas estiverem sendo produzidas no LHC, elas estarão voando para fora do detector antes de decair. Isso é um problema, como a Live Science relatou anteriormente, porque o ATLAS não detecta diretamente partículas supersimétricas exóticas, mas vê as partículas mais comuns às quais as partículas supersimétricas se transformam depois que se deterioram ... Se partículas supersimétricas estão disparando para fora do LHC antes da decadência, no entanto, o ATLAS não pode ver essa assinatura.Então, seus pesquisadores criaram uma alternativa criativa: a caça, usando estatísticas de milhões de colisões de partículas no LHC, para evidências de que algo está faltando.
"A presença deles só pode ser inferida através da magnitude do momento transversal ausente da colisão", disseram os pesquisadores em comunicado.
Medir com precisão o momento ausente é uma tarefa difícil.
"No ambiente denso de inúmeras colisões sobrepostas geradas pelo LHC, pode ser difícil separar o momento genuíno do falso", disseram os pesquisadores.
Até agora, essa caçada não apareceu nada. Mas essa é uma informação útil. Sempre que um experimento específico de matéria escura falha, ele fornece aos pesquisadores informações sobre como a matéria escura não se parece. Os físicos chamam esse processo de "restrição" da matéria escura.
Esses dois resultados de março, com base nessa busca estatística de momento ausente, mostram que, se existem certos candidatos supersimétricos à matéria escura (chamados charginos, sleptons e quarks supersimétricos de fundo), eles precisam ter características particulares que o ATLAS ainda não descartou.
Se os modelos atuais de supersimetria estão corretos, um par de charginos deve ter pelo menos 447 vezes a massa de um próton e um par de sleptons deve ter pelo menos 746 vezes a massa de um próton.
Da mesma forma, com base nos modelos atuais, o quark supersimétrico inferior deveria ter pelo menos 1.545 vezes a massa de um próton.
O ATLAS já terminou a busca por charginos, sleptons e quarks inferiores mais leves. E os pesquisadores disseram estar 95% confiantes de que não existem.
Em alguns aspectos, a busca por matéria escura parece produzir constantemente resultados nulos, o que pode ser decepcionante. Mas esses físicos permanecem otimistas.
Esses resultados, disseram eles em um comunicado, "impõem fortes restrições a importantes cenários supersimétricos, que guiarão futuras pesquisas no ATLAS".
Como resultado, o ATLAS agora tem um novo método para caçar matéria escura e supersimetria. Por acaso ainda não encontrou matéria escura ou supersimetria.
