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segunda-feira, 8 de julho de 2019

Estes estranhos Quasiparticles poderiam finalmente desmascarar a matéria escura

Caros Leitores;












Poderia quasiparticles chamadas magnons desmascarar uma partícula de matéria escura leve?
   Crédito: Shutterstock

Cerca de 80% de toda a matéria no cosmos é de uma forma completamente desconhecida da física atual. Nós chamamos isso de matéria escura , porque da melhor forma podemos dizer que é ... escuro. Experiências em todo o mundo estão tentando capturar uma partícula de matéria escura na esperança de entendê-la, mas até agora elas apareceram vazias.

Recentemente, uma equipe de teóricos propôs uma nova maneira de caçar a matéria escura usando estranhas "partículas" chamadas magnons, um nome que eu não inventei apenas. Essas minúsculas ondulações podem atrair até mesmo uma partícula de matéria escura, leve e fugaz, escondida, dizem os teóricos. [ As 11 Maiores Perguntas Não Respondidas Sobre Matéria Negra ]

O enigma da matéria escura

Sabemos todo o tipo de coisas sobre a matéria escura, com a notável exceção do que é.

Mesmo que não possamos detectá-lo diretamente, vemos a evidência da matéria escura assim que abrimos nossos telescópios para o Universo mais amplo. A primeira revelação, na década de 1930, veio através de observações de aglomerados de galáxias, algumas das maiores estruturas do universo. As galáxias que as habitaram estavam simplesmente se movendo muito rapidamente para serem mantidas juntas como um aglomerado. Isso porque a massa coletiva das galáxias fornece a cola gravitacional que mantém o cluster unido - quanto maior a massa, mais forte é a cola. Uma cola super forte pode unir até mesmo as galáxias em movimento mais rápidas. Qualquer mais rápido e o cluster simplesmente se separaria.

Mas lá os aglomerados estavam, existindo, com as galáxias zumbindo dentro deles muito mais rápido do que deveriam, dada a massa do aglomerado. Algo tinha força gravitacional suficiente para manter os agrupamentos juntos, mas algo não estava emitindo ou interagindo com a luz.

Este mistério persistiu sem solução ao longo das décadas, e na década de 1970, a astrônoma Vera Rubin elevou a parada em grande parte por meio de observações de estrelas dentro de galáxias. Mais uma vez, as coisas estavam se movendo rápido demais: dada a massa observada, as galáxias do nosso universo deveriam ter se separado bilhões de anos atrás. Algo os mantinha juntos. Algo invisível. [ 11 Fatos fascinantes sobre nossa galáxia Via Láctea ]
A história se repete por todo o cosmos, tanto no tempo quanto no espaço. Desde a luz inicial do Big Bang até as maiores estruturas do universo, algo estranho está lá fora.
Pesquisando no escuro
Então, a matéria escura está muito lá - nós simplesmente não encontramos nenhuma outra hipótese viável para explicar o tsunami de dados em apoio à sua existência. Mas o que é isso? Nosso melhor palpite é que a matéria escura é uma espécie de partícula nova e exótica, até então desconhecida da física. Nesta foto, a matéria escura inunda toda galáxia. Na verdade, a porção visível de uma galáxia, vista através de estrelas e nuvens de gás e poeira, é apenas um pequeno farol contra uma margem muito maior e mais escura. Cada galáxia fica dentro de um grande "halo" composto de zilhões e zilhões de partículas de matéria escura.
Essas partículas de matéria escura estão fluindo pelo seu quarto agora. Eles estão fluindo através de você. Uma chuva interminável de pequenas partículas invisíveis de matéria escura. Mas você simplesmente não percebe. Eles não interagem com a luz ou com partículas carregadas. Você é feito de partículas carregadas e é muito amigo da luz; você é invisível para a matéria escura e a matéria escura é invisível para você. A única maneira de "ver" a matéria escura é através da força gravitacional; a gravidade percebe todas as formas de matéria e energia no universo, escuras ou não, portanto, em escalas maiores, observamos a influência da massa combinada de todas essas incontáveis ​​partículas. Mas aqui no seu quarto? Nada.
A menos que, esperamos, haja algum outro modo pelo qual a matéria escura interage conosco, matéria normal. É possível que a partícula de matéria escura, seja lá o que for, também sinta a força nuclear fraca - responsável pela decaimento radioativo - abrindo uma nova janela para esse reino oculto. Imagine construir um detector gigante , apenas uma grande massa de qualquer elemento que você tenha à mão. Partículas de matéria escura fluem através dele, quase todas completamente inofensivas. Mas às vezes, com uma raridade dependendo do modelo específico de matéria escura, a partícula que passa interage com um dos núcleos atômicos dos elementos no detector por meio da força nuclear fraca, derrubando-a do lugar e produzindo toda a massa do detector. tremor.
Digite o magnon
Esta configuração experimental só funciona se a partícula de matéria escura for relativamente pesada , dando-lhe força suficiente para derrubar um núcleo em uma dessas raras interações. Mas até agora, nenhum dos detectores de matéria escura em todo o mundo viu qualquer traço de interação, mesmo depois de anos e anos de busca. À medida que os experimentos avançaram, as propriedades permitidas da matéria escura foram lentamente descartadas. Isso não é necessariamente uma coisa ruim; nós simplesmente não sabemos do que matéria escura é feita, então quanto mais sabemos sobre o que não é, mais clara é a imagem do que poderia ser.
Mas a falta de resultados pode ser um pouco preocupante. Os candidatos mais pesados ​​à matéria escura estão sendo descartados, e se a partícula misteriosa estiver muito clara, ela nunca será vista nos detectores como estão montados agora. Isto é, a menos que haja outra maneira pela qual a matéria escura possa falar com a matéria regular.
Em um artigo recente publicado no arXiv , os físicos detalham uma configuração experimental proposta que poderia identificar uma partícula de matéria escura no ato de mudar o spin dos elétrons (se, de fato, a matéria escura puder fazer isso). Nesta configuração, a matéria escura pode ser potencialmente detectada, mesmo se a partícula suspeita for muito leve. Isso pode ser feito criando os chamados magnons no material.

Finja que você tem um pedaço de material a uma temperatura de zero absolutoTodos os spins - como minúsculos ímãs de barra - de todos os elétrons nesse assunto apontará na mesma direção. À medida que você aumenta lentamente a temperatura, alguns dos elétrons começam a despertar, movimentam-se e apontam aleatoriamente seus spins na direção oposta. Quanto mais alto você elevar a temperatura, mais elétrons vão se virar - e cada um desses flips reduz a força magnética em apenas um pouquinho. Cada um desses spins invertidos também causa uma pequena ondulação na energia do material, e essas oscilações podem ser vistas como uma quase-partícula, não uma partícula verdadeira, mas algo que você pode descrever com a matemática dessa maneira. Essas quasipartículas são conhecidas como "magnons", provavelmente porque são como ímãs minúsculos e bonitinhos.
Então, se você começar com um material muito frio, e partículas de matéria escura o suficiente atacarem o material e girarem algumas voltas ao redor, você observará magnões. Devido à sensibilidade do experimento e à natureza das interações, essa configuração pode detectar uma partícula de matéria escura leve.
Isto é, se existir.

Fonte: Live Science / Por     
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Hélio R.M. Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.


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