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Quinta força fundamental da natureza pode ter sido descoberta

Quinta força fundamental da natureza pode ter sido descoberta
O sinal da nova partícula, uma espécie de fóton com massa, é conhecida como anomalia do berílio 8 (8Be).[Imagem: Jonathan L. Feng et al.]

Revolucionário

Experimentos realizados por físicos húngaros em meados do ano passado podem ter descoberto uma nova partícula subatômica que revela a existência de uma quinta força fundamental da natureza.

"Se for verdade, é revolucionário," disse Jonathan Feng, da Universidade da Califórnia, nos EUA, cuja equipe está apresentando uma nova teoria para tentar explicar a anomalia encontrada pelos físicos húngaros.

"Há décadas nós conhecemos as quatro forças fundamentais: gravitação, eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca. Se for confirmada por outros experimentos, esta descoberta de uma possível quinta força vai mudar completamente a nossa compreensão do Universo, com consequências para a unificação das forças e para a matéria escura," acrescentou.

Nova partícula de luz

Em 2015, uma equipe da Academia de Ciências da Hungria estava à procura de "fótons escuros", partículas que poderiam explicar a elusiva matéria escura, que os físicos dizem que compõe cerca de 85% da massa do Universo.

Eles não encontraram exatamente o que procuravam, mas descobriram uma anomalia no decaimento radioativo que aponta para a existência de um fóton com massa, uma partícula de luz exatamente 30 vezes mais pesada do que um elétron.

"Os experimentalistas não foram capazes de afirmar que era uma nova força," disse Feng. "Eles simplesmente viram um excesso de eventos que indica uma nova partícula, mas não estava claro para eles se era uma partícula de matéria ou de uma partícula que transmite força".

O grupo de Feng então reuniu, além desses novos dados, todos os outros experimentos anteriores na área e demonstrou que as evidências desfavorecem fortemente tanto partículas de matéria quanto os fótons escuros.

Eles então propuseram uma nova teoria que sintetiza todos os dados existentes e determina que a descoberta pode indicar uma quinta força fundamental da natureza.

Quinta força fundamental da natureza pode ter sido descoberta
Vários experimentos já levantaram a possibilidade da existência de uma Quinta Força Fundamental da natureza. [Imagem: Marc Airhart (UTexas-Austin)/Steve Jacobsen (Northwestern University)]

Bóson X protofóbico

A nova teoria estabelece que, em vez de ser um fóton escuro, a nova partícula pode ser um "bóson X protofóbico". Enquanto a força elétrica normal age sobre elétrons e prótons, este bóson recém-descoberto interage apenas com elétrons e nêutrons - e em uma gama extremamente limitada.

"Não há nenhum outro bóson que tenhamos observado que tenha essa mesma característica. Nós simplesmente o chamamos de 'bóson X', onde X significa desconhecido," explicou Timothy Tait, coautor da nova teoria.

Feng destaca que novos experimentos são cruciais, o que não será difícil, já que a partícula não é muito pesada e há vários laboratórios ao redor do mundo que conseguem gerar a energia necessária para que ela apareça: "Mas a razão pela qual tem sido difícil encontrá-la é que suas interações são muito fracas. Como a nova partícula é tão leve, existem muitos grupos experimentais que trabalham em pequenos laboratórios ao redor do mundo que podem seguir as indicações iniciais, agora que eles sabem onde procurar".

Força mais fundamental e Setor Escuro

Como tantas outras descobertas científicas, esta abre campos inteiramente novos de investigação.

Uma possibilidade intrigante é que essa potencial quinta força fundamental pode se juntar às forças eletromagnética e nuclear forte e fraca como "manifestações de uma força maior, mais fundamental," defende Feng.

Citando o entendimento que os físicos têm do Modelo Padrão, ele especula que pode haver também um "setor escuro" inteiro, com sua própria matéria e suas próprias forças - englobando assim, a matéria escura e a energia escura.

"É possível que estes dois setores [o normal e o escuro] falem um com o outro e interajam através de interações de alguma forma veladas, mas fundamentais," propõe ele. "Esta força do setor escuro pode se manifestar como esta força protofóbica que estamos vendo como resultado do experimento húngaro. Num sentido mais amplo, ela se encaixa com a nossa pesquisa original para compreender a natureza da matéria escura."

Bibliografia:

Particle Physics Models for the 17 MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays
Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, Philip Tanedo
Physical Review Letters
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.042501
http://arxiv.org/abs/1608.03591

Protophobic Fifth Force Interpretation of the Observed Anomaly in 8Be Nuclear Transitions
Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, Philip Tanedo
https://arxiv.org/abs/1604.07411

Observation of Anomalous Internal Pair Creation in 8Be: A Possible Signature of a Light, Neutral Boson
A. J. Krasznahorkay, M. Csatlós, L. Csige, Z. Gácsi, J. Gulyás, M. Hunyadi, T. J. Ketel, A. Krasznahorkay, I. Kuti, B. M. Nyakó, L. Stuhl, J. Timár, T. G. Tornyi, Zs. Vajta
Physical Review Letters
http://arxiv.org/abs/1504.01527




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