Por: Maycol Szpunar

               Num experimento elaborado em um laboratório na Hungria, foi detectado uma anomalia no decaimento radioativo que poderia ser a assinatura de uma quinta força fundamental da natureza, até então desconhecida.

A Terra rodeada de filamentos de matéria escura, segundo uma hipótese para explicar esse tipo de matéria. NASA/JPL-Caltech.[1]

              Attila Krasznahorkay no Institute for Nuclear Research da Hungarian Academy of Sciences em Debrecen, Hungria, e seus colegas, relataram seu resultado surpreendente em 2015 no servidor arXiv[2], e em janeiro do ano 2016, na revista Physical Review Letters. Mas o relatório – que postulou a existência de um novo bóson de luz apenas 34 vezes mais pesado que o elétron – foi largamente ignorado.

              Então, em 25 de abril, um grupo de físicos teóricos norte-americanos trouxe uma maior atenção ao publicar a sua própria análise do resultado no arXiv.[3] Os teóricos mostraram que os dados não entram em conflito com quaisquer experiências anteriores – e concluíram que poderia ser uma evidência da quinta força fundamental. “Nós a tiramos de uma relativa obscuridade”, diz Jonathan Feng, da University of California, Irvine, principal autor do relatório do arXiv.

Físicos do Institute for Nuclear Research em Debrecen, Hungria, dizem que este aparelho – um espectrômetro de elétron-pósitron – encontrou evidências de uma nova partícula. MTA-Atomki.[4]

  Durante a última década, a busca por novas forças cresceu devido à incapacidade do modelo padrão da física de partículas em explicar a matéria escura – uma substância invisível considerada constituir mais de 80% da massa do Universo. Os teóricos propuseram várias partículas exóticas de matéria e portadoras de força, incluindo “fótons escuros”, análogos aos fótons convencionais que carregam a força eletromagnética.

  A equipe húngara a procura de “fótons escuros” disparam prótons em alvos finos de lítio-7, que criaram núcleos instáveis de berílio-8 que, em seguida, decaíram e lançaram pares de elétrons e pósitrons. De acordo com o modelo padrão, os físicos devem ver que o número de pares observados cai à medida que o ângulo que separa a trajetória do elétron e do pósitron aumenta. Mas a equipe informou que por volta de 140º, o número de tais emissões salta antes de cair novamente em ângulos maiores.

               Confiança na colisão

          Krasznahorkay diz que a colisão é uma forte evidência de que uma fração diminuta dos núcleos instáveis de berílio-8 derramaram seu excesso de energia sob a forma de uma nova partícula, que então decai em um par elétron-pósitron. Ele e seus colegas calcularam que a massa da partícula deve ser de cerca de 17 MeV/c².

               Feng e seus colegas dizem que a partícula de 17 MeV/c² não é um fóton escuro. Depois de analisar a anomalia à procura de propriedades consistentes com os resultados experimentais anteriores, eles concluíram que a partícula poderia ser um “bóson protofóbico X”. Essa partícula carregaria uma força de curtíssimo alcance que age em distâncias de apenas várias vezes a largura de um núcleo atômico. E onde um fóton escuro (como um fóton convencional) produziria um par de elétrons e prótons, o novo bóson produziria um par de elétrons e nêutrons. Feng diz que seu grupo está atualmente investigando outros tipos de partículas que poderiam explicar a anomalia. Mas o bóson protofóbico é “a possibilidade mais simples”, diz ele.

                Par não convencional

   Os pesquisadores devem não ter que esperar muito tempo para descobrir se uma partícula de 17 MeV/c² realmente existe. O experimento DarkLight no Jefferson Laboratory foi projetado para procurar fótons escuros com massas entre 10-100 MeV/c², disparando elétrons em um alvo de gás hidrogênio. Agora, diz o porta-voz Richard Milner, do MIT, ele terá como alvo a região de 17 MeV como uma prioridade, e dentro de cerca de um ano, poderia encontrar a partícula proposta ou estabelecer limites rigorosos sobre seu acoplamento com a matéria normal.

              O grupo de pesquisadores do LHC no CERN também irão procurar pelo bóson proposto, o experimento será realizado no LHCb, um laborató de partículas de física da Europa, perto de Genebra, que vai estudar o decaimento quark-antiquark, e dois experimentos que vão disparar pósitrons em um alvo fixo – um no INFN Institute Frascati National Laboratory perto Roma, que deve entrar em operação em 2018, e outro no Budker Institute of Nuclear Physics, na cidade siberiana de Novosibirsk, na Rússia.

              Referências:

[1] El País: Existe uma quinta força da natureza? Disponível em; <http://brasil.elpais.com/brasil/2016/08/31/ciencia/1472658226_451236.html>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.

[2] Cornell University Library: Observation of Anomalous Internal Pair Creation in 8Be: A Pssible Signature of a Light, Neutral Boson. Disponível em: <https://arxiv.org/abs/1504.01527>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.

[3] Cornell University Library: Protophobic Fifth Force Interpretation of the Observed Anomaly in 8Be Nuclear Transitions. Disponível em: <http://arxiv.org/abs/1604.07411>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.

[4] Nature: Haz a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?. Disponível em: <http://www.nature.com/news/has-a-hungarian-physics-lab-found-a-fifth-force-of-nature-1.19957>. Acesso em: 26 de setembro de 2016.