{"id":9648,"date":"2017-12-07T21:01:03","date_gmt":"2017-12-07T23:01:03","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/hypercubic\/?p=9648"},"modified":"2017-12-07T21:01:03","modified_gmt":"2017-12-07T23:01:03","slug":"simplificando-a-matria-escura","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/hypercubic\/2017\/12\/simplificando-a-matria-escura\/","title":{"rendered":"SIMPlificando a mat\u00e9ria escura"},"content":{"rendered":"<h4 align=\"justify\"><img decoding=\"async\" style=\"border: 0px currentcolor;margin-right: auto;margin-left: auto;float: none\" src=\"https:\/\/cdn-images-1.medium.com\/max\/1200\/1*0y-3CF_nOS_JOdEah4s0tQ.jpeg\" border=\"0\" \/><\/h4>\n<h4 align=\"justify\">Faz vinte anos que os cientistas quebram a cabe\u00e7a em busca de uma part\u00edcula que explique a mat\u00e9ria-escura. Para um professor japon\u00eas, a solu\u00e7\u00e3o deve ser mais simples do que se pensa.<\/h4>\n<p align=\"justify\">Sabe quando voc\u00ea tem um problema e fica t\u00e3o encafifado que ele parece mais complicado do que realmente \u00e9? A mesma coisa est\u00e1 acontecendo com os f\u00edsicos e astrof\u00edsicos que est\u00e3o em busca de uma explica\u00e7\u00e3o para a mat\u00e9ria-escura. MACHOs, WIMPs e \u00e1xions s\u00e3o alguns candidatos a part\u00edcula de mat\u00e9ria-escura de nome complicado e que, apesar da abund\u00e2ncia desse tipo de mat\u00e9ria, ainda n\u00e3o foram observados. Haveria algo mais simples que deixamos passar?<\/p>\n<p align=\"justify\">Quando perceberam que havia mat\u00e9ria que parecia estar faltando no universo, os cientistas inicialmente pensaram que n\u00e3o era nada de extraordin\u00e1rio: seriam apenas <em>halos de objetos compactos massivos<\/em> (MACHOs, na sigla em ingl\u00eas). MACHOs seriam mat\u00e9ria escura, escura mesmo, com uma luminosidade fraca demais para ser detectada \u2014 estrelas abortadas, an\u00e3s marrons e buracos-negros, por exemplo. Assim, n\u00e3o haveria nada de ex\u00f3tico, apenas algo obscuro por tr\u00e1s da mat\u00e9ria-escura.<\/p>\n<p align=\"justify\">No entanto, as simula\u00e7\u00f5es te\u00f3ricas e as primeiras evid\u00eancias observacionais come\u00e7aram a apontar caracter\u00edsticas incomuns para a mat\u00e9ria-escura. Primeiro, ela seria extremamente comum, formando cerca de 85% da massa do universo. Segundo, ela seria algo diferente da mat\u00e9ria comum, formada por part\u00edculas grandalhonas e, exceto pela gravidade, teria fraca intera\u00e7\u00e3o com o resto do universo. A partir da\u00ed veio outro modelo, o das <em>part\u00edculas massivas fracamente interativas<\/em> ou WIMPs. Quando se diz que s\u00e3o fracamente interativas, os cientistas querem dizer que as WIMPs s\u00e3o como uma fam\u00edlia de t\u00edmidos: elas interagem muito pouco com a mat\u00e9ria comum e menos ainda entre si mesmas. Com part\u00edculas t\u00e3o grandes \u2014 at\u00e9 100 vezes mais pesadas que um pr\u00f3ton \u2014 n\u00e3o seria muito dif\u00edcil encontrar alguma WIMP por a\u00ed.<\/p>\n<p align=\"justify\">S\u00f3 que isso (ainda) n\u00e3o aconteceu. Nem mesmo o LHC, o gigantesco acelerador de part\u00edculas escondido no subsolo da fronteira franco-su\u00ed\u00e7a conseguiu detectar uma WIMP. O m\u00e1ximo que descobriram foram limites muito restritos para esse tipo de part\u00edcula: uma WIMP seria t\u00e3o fracamente interativa que s\u00f3 deixaria rastros nos neutrinos que, por sua vez, s\u00e3o bem dif\u00edceis de detectar justamente pela fraqu\u00edssima intera\u00e7\u00e3o que t\u00eam com a mat\u00e9ria comum. Para ter uma no\u00e7\u00e3o disso, saiba que 100 trilh\u00f5es de neutrinos atravessam seu corpo a cada segundo e mesmo assim nenhum deixa rastros dessa passagem.<\/p>\n<p align=\"justify\"><img decoding=\"async\" style=\"margin: 0px 15px 0px 0px;border: 0px currentcolor;float: left\" src=\"http:\/\/hitoshi.berkeley.edu\/Murayama.jpg\" width=\"178\" height=\"240\" align=\"left\" border=\"0\" \/><\/p>\n<p align=\"justify\">Dada a crescente dificuldade com os MACHOs e os WIMPs, \u00e9 natural que surjam novos modelos para tentar explicar a mat\u00e9ria-escura. Um desses modelos alternativos chama-se SIMP e foi proposto h\u00e1 tr\u00eas anos por Hitoshi Murayama [<em>\u00e0 esquerda<\/em>], f\u00edsico te\u00f3rico da Universidade da Calif\u00f3rnia em Berkeley (UCB) e seu ent\u00e3o p\u00f3s-doutorando Yonit Hochberg, que atualmente est\u00e1 na Universidade Hebraica de Israel. Murayama discutiu seu modelo e apresentou evid\u00eancias a seu favor num recente <a href=\"http:\/\/www.texas2017.org\">simp\u00f3sio de astrof\u00edsica relativ\u00edstica realizado na Cidade do Cabo (\u00c1frica do Sul).<\/a><\/p>\n<p align=\"justify\">Como as outras candidatas a mat\u00e9ria escura, a SIMP teria sido formada em grandes quantidades nos prim\u00f3rdios da exist\u00eancia do universo. Diferente das WIMPs, por\u00e9m, as SIMPs seriam capazes de interagir fortemente entre si por meio da gravidade mas n\u00e3o com a mat\u00e9ria comum. Da\u00ed o seu nome completo: <em>part\u00edculas massivas fortemente interativas<\/em> ou SIMP na sigla inglesa. Ainda n\u00e3o se sabe ao certo como seria uma SIMP, mas uma possibilidade discutida pelo prof. Murayama \u00e9 que uma SIMP seria composta por um novo tipo de combina\u00e7\u00e3o entre <em>quarks<\/em> \u2014 as subpart\u00edculas que formam os pr\u00f3tons e n\u00eautrons. Enquanto a mat\u00e9ria comum \u00e9 formada por combina\u00e7\u00f5es de tr\u00eas <em>quarks<\/em>, uma SIMP seria mais simples e teria apenas dois: um <em>quark<\/em> e um <em>antiquark<\/em>.<\/p>\n<p align=\"justify\"><img decoding=\"async\" style=\"border: 0px currentcolor\" src=\"https:\/\/3c1703fe8d.site.internapcdn.net\/newman\/csz\/news\/800\/2017\/1-machosaredea.jpg\" border=\"0\" \/><\/p>\n<p align=\"justify\">Uma part\u00edcula assim j\u00e1 foi detectada \u2014 \u00e9 o <em>p\u00edon<\/em> <span style=\"text-decoration: line-through\">da casa pr\u00f3pria<\/span>, formado por um <em>quark up<\/em> e um<em> antiquark down<\/em> ligados por um <em>gl\u00faon<\/em> [<em>\u00e0 esq., na ilustra\u00e7\u00e3o acima<\/em>]. Um SIMP seguiria basicamente a mesma estrutura <em>quark-antiquark-gl\u00faon<\/em> [<em>\u00e0 direita<\/em>] e seria menor que um WIMP, com mais ou menos o mesmo tamanho de um \u00e1tomo comum. Sendo menor e mais parecido com a mat\u00e9ria comum, as SIMPs seriam part\u00edculas muito mais numerosas e poderiam deixar rastros detect\u00e1veis. Isso n\u00e3o quer dizer que seria mais f\u00e1cil encontr\u00e1-las, mas Murayama acredita ter encontrado uma evid\u00eancia a favor de sua teoria num acidente de tr\u00e2nsito de propor\u00e7\u00f5es intergal\u00e1cticas.<\/p>\n<p align=\"justify\">Imagine quatro caminh\u00f5es batendo entre si no cruzamento entre duas ruas. Seria uma batida feia, mas nem tanto se eles pudessem frear um pouco. Algo parecido \u2014 mas numa escala muit\u00edssimo maior \u2014 est\u00e1 acontecendo no aglomerado Abell 3827 [<em>abaixo<\/em>], onde quatro gal\u00e1xias est\u00e3o colidindo. Observa\u00e7\u00f5es de gal\u00e1xias s\u00e3o a principal forma de ver, ainda que indiretamente, a mat\u00e9ria-escura. Essas imensas cole\u00e7\u00f5es de estrelas apoiam-se em camadas ou halos de mat\u00e9ria-escura, cuja massa acaba servindo como um aglutinante gravitacional que mant\u00e9m junto tudo o que a gal\u00e1xia cont\u00e9m: estrelas, poeira, planetas e luas.<\/p>\n<p align=\"justify\"><img decoding=\"async\" style=\"border: 0px currentcolor;margin-right: auto;margin-left: auto;float: none\" src=\"https:\/\/3c1703fe8d.site.internapcdn.net\/newman\/csz\/news\/800\/2017\/3-machosaredea.jpg\" border=\"0\" \/><\/p>\n<p align=\"justify\">Normalmente, a mat\u00e9ria-escura acompanha fielmente a mat\u00e9ria comum das gal\u00e1xias: ambas giram conjuntamente, com uma velocidade uniforme. O que Abell 3287 tem de extraordin\u00e1rio \u00e9 algo como um descolamento entre os dois tipos de mat\u00e9ria: enquanto a mat\u00e9ria comum est\u00e1 avan\u00e7ando, a mat\u00e9ria-escura est\u00e1 ficando mais lenta. \u00c9 como se a mat\u00e9ria comum fosse as pessoas indo pra frente dentro de um carro formado por mat\u00e9ria escura e que est\u00e1 freando. Esse tipo de intera\u00e7\u00e3o, <a href=\"https:\/\/www.nature.com\/news\/dark-matter-may-feel-a-dark-force-that-the-rest-of-the-universe-does-not-1.17350\">uma esp\u00e9cie de \u201cfor\u00e7a escura\u201d<\/a> parecida com o atrito (ou a in\u00e9rcia), dificulta a fus\u00e3o das massas gal\u00e1cticas de mat\u00e9ria-escura mas n\u00e3o interfere na conjun\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria comum \u2014 e para Murayama \u00e9 uma evid\u00eancia not\u00e1vel a favor das SIMPs.<\/p>\n<p align=\"justify\">Uma maneira de entender esse fen\u00f4meno, explica Murayama ao <a href=\"https:\/\/phys.org\/news\/2017-12-machos-dead-wimps-no-showsay-simps.html\"><em>Phys.org<\/em><\/a>, \u00e9 que &#8220;a mat\u00e9ria-escura est\u00e1 ficando pra tr\u00e1s da luminosa por ter um tamanho finito e interagir entre si, de modo que quando elas querem ir pra frente, o resto do sistema as empurra pra tr\u00e1s. Isso explicaria a observa\u00e7\u00e3o [<em>de Abell 3827<\/em>] e \u00e9 o tipo de coisa prevista pela minha teoria da mat\u00e9ria-escura como um estado limitado de um novo tipo de <em>quarks<\/em>&#8220;. Outra vantagem da SIMP \u00e9 que ela parece explicar melhor a distribui\u00e7\u00e3o de mat\u00e9ria-escura em gal\u00e1xias menores.<\/p>\n<p align=\"justify\"><img decoding=\"async\" style=\"border: 0px currentcolor;margin-right: auto;margin-left: auto;float: none\" src=\"https:\/\/3c1703fe8d.site.internapcdn.net\/newman\/csz\/news\/800\/2017\/2-machosaredea.jpg\" border=\"0\" \/><\/p>\n<p align=\"justify\">Em gal\u00e1xias pequenas [<em>como as retratadas acima<\/em>], onde h\u00e1 proporcionalmente mais mat\u00e9ria-escura do que vis\u00edvel, o modelo WIMP sup\u00f5e que haja uma massa mais densa de mat\u00e9ria-escura no centro, como se fosse um n\u00facleo [<em>\u00e0 esq.<\/em>]. Evid\u00eancias observacionais de pequenas gal\u00e1xias t\u00eam indicado o oposto: uma distribui\u00e7\u00e3o mais homog\u00eanea de mat\u00e9ria-escura, sem a exist\u00eancia de um n\u00facleo denso [<em>\u00e0 dir.<\/em>]. Essas evid\u00eancias se coadunam com as previs\u00f5es do modelo SIMP, que preveem que a mat\u00e9ria-escura se espalha de maneira difusa, do meio para fora das mini-gal\u00e1xias, sem um n\u00facleo.<\/p>\n<p align=\"justify\">Outra vantagem das SIMPs \u00e9 que elas seriam mais f\u00e1ceis de observar diretamente em experimentos realizados no LHC ou no <a href=\"https:\/\/www.linearcollider.org\/ILC\">futuro ILC, o Colisor Linear Internacional<\/a>, a ser constru\u00eddo no Jap\u00e3o. No momento, Murayama est\u00e1 refinando seu modelo para planejar futuras experi\u00eancias de detec\u00e7\u00e3o direta. Enquanto isso n\u00e3o acontece, as buscas por WIMPs e por modelos alternativos continuam. Outra possibilidade te\u00f3rica que vem sendo bastante explorada experimentalmente \u00e9 a exist\u00eancia de part\u00edculas chamadas \u00e1xions. Entre as v\u00e1rias experi\u00eancias que tentam capturar algum \u00e1xion est\u00e1 a CASPEr (Cosmic Axion Spin-Precession Experiment), que quer ver \u00e1xions causam perturba\u00e7\u00f5es no <em>spin<\/em> dos n\u00facleos at\u00f4micos \u2014 curiosamente, a CASPEr fica num laborat\u00f3rio vizinho ao de Murayama na UCB.<\/p>\n<p align=\"justify\">O pr\u00f3prio Murayama reconhece que seu modelo ainda \u00e9 muito novo e est\u00e1 longe de ser um consenso. Para isso vai ser necess\u00e1rio bem mais do que a observa\u00e7\u00e3o de uma curiosa trombada gal\u00e1ctica. Ainda \u00e9 cedo para abrir m\u00e3o das WIMPs ou dos \u00e1xions, mas talvez seja hora de come\u00e7ar a levar a s\u00e9rio algo mais simples. Ou melhor, mais SIMP.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Faz vinte anos que os cientistas quebram a cabe\u00e7a em busca de uma part\u00edcula que explique a mat\u00e9ria-escura. Para um professor japon\u00eas, a solu\u00e7\u00e3o deve ser mais simples do que se pensa. Sabe quando voc\u00ea tem um problema e fica t\u00e3o encafifado que ele parece mais complicado do que realmente \u00e9? 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