Físicos estão se aproximando da elusiva “partícula camaleônica” e descobrindo a natureza misteriosa da energia escura

Em um laboratório no centro da Universidade da Califórnia, Berkeley, perto da Oppenheimer Way, a rua que leva o nome do “pai da bomba atômica”, uma equipe de físicos ajusta meticulosamente um aparelho sofisticado na busca pela elusiva “partícula camaleônica”.

Um zumbido de antecipação enche o ar enquanto eles se preparam para embarcar em um experimento que poderá desvendar um dos mistérios mais profundos do Universo: energia escura.

Supondo que Modelo Lambda-CDM de cosmologia está correto, a energia escura representa quase 70% da energia total do Universo observável e é o ímpeto por trás de sua expansão acelerada. No entanto, apesar de sua vasta influência, essa força misteriosa permanece envolta em mistério.

A primeira evidência direta de energia escura foi descoberta em 1998 por duas equipes de cientistas lideradas pelo Dr. Saul Perlmutter do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Dr. Brian P. Schmidt da Universidade Nacional Australiana e Dr. Adam G. Riess da Universidade John Hopkins.

Por meio de observações de supernovas distantes, os pesquisadores perceberam que o Universo estava se expandindo a uma taxa cada vez mais acelerada. Essa revelação rendeu aos três cientistas o Prêmio Nobel de Física de 2011.

“Acredita-se que a aceleração seja impulsionada pela energia escura, mas o que é essa energia escura continua sendo um enigma – talvez o maior da física hoje”, disse o Prêmio Nobel. anúncio pela Real Academia Sueca de Ciências lê. “O que se sabe é que a energia escura constitui cerca de três quartos do Universo. Portanto, as descobertas dos laureados com o Nobel de Física de 2011 ajudaram a desvendar um Universo que, em grande medida, é desconhecido pela ciência. E tudo é possível novamente.”

Observações independentes, incluindo experiências cósmicas de fundo em micro-ondas e pesquisas de redshift de galáxias, confirmaram a existência de energia escura. No entanto, vinte e seis anos após a sua descoberta inicial, a natureza exacta da energia escura continua a ser “talvez o maior” enigma da física.

Várias teorias foram propostas para explicar sua existência, incluindo a possibilidade de que a energia escura possa ser a energia do vácuo do espaço ou um campo de energia dinâmico chamado quintessência.

Outra proposta intrigante é que a energia escura é mediada por uma partícula escalar exótica ainda a ser descoberta, que exerce uma força repulsiva dependendo da densidade da matéria circundante. Esta partícula hipotética, conhecida como “partícula camaleônica” ou “símetron”, representaria uma quinta força fundamental da natureza, muito mais fraca que a gravidade.

No vazio do espaço, uma partícula camaleônica exerceria uma força repulsiva em longas distâncias, impulsionando a expansão acelerada do Universo. No entanto, o alcance da partícula seria extremamente limitado na Terra, cercada por matéria. Isso explicaria o impacto anômalo da energia escura na expansão acelerada do espaço.

Agora, no laboratório Holger Müller na UC Berkeley, físicos estão abrindo novos caminhos para resolver o mistério da energia escura. Eles projetaram os instrumentos mais precisos até hoje, capazes de medir até as menores anomalias gravitacionais.

Detectar até mesmo pequenos desvios na teoria aceita da gravidade seria um grande avanço, oferecendo evidências da existência da hipotética partícula camaleônica.

Em experimentos recentes, os físicos projetaram um novo instrumento que combina um interferômetro atômico para medições precisas da gravidade com uma rede óptica para manter os átomos no lugar.

Essa configuração permitiu que os pesquisadores imobilizassem átomos em queda livre por períodos significativamente mais longos, aumentando a precisão de suas medições por um fator de cinco em comparação com experimentos anteriores.

Ao imobilizar pequenos aglomerados de átomos de césio dentro de uma câmara de vácuo vertical, os pesquisadores poderiam dividir cada átomo em um estado quântico. Metade do átomo está mais próximo do peso do tungstênio neste estado, permitindo aos cientistas medir a diferença de fase entre as duas metades da função de onda atômica. Este processo permite calcular diferenças na atração gravitacional com uma precisão sem precedentes.

Em descobertas publicadas recentemente em Naturezaos pesquisadores revelaram que, apesar do desenho experimental revolucionário, os resultados não conseguiram mostrar quaisquer desvios da gravidade newtoniana.

No entanto, os físicos estão esperançosos de que, com as esperadas melhorias na precisão do seu novo instrumento, novas e excitantes possibilidades serão abertas para testar teorias sobre a natureza da energia escura, incluindo a existência da partícula camaleão.

A capacidade dessa nova tecnologia de reter átomos por até 70 segundos e potencialmente 10 vezes mais expande as possibilidades de investigar a gravidade no nível quântico