Um estranho sinal de elétrons de alta energia, registrado por detectores de partículas em balões sobrevoando a Antártida, está fazendo a alegria de físicos e astrofísicos. As duas explicações mais prováveis para o sinal são fantásticas.

Esses elétrons podem ter sido acelerados pelo poderoso campo magnético gerado por uma estrela de neutrons ou um buraco negro, a não mais que 4 mil anos-luz de distância da Terra. Não se conhece nenhum objeto assim tão perto de nós, mas é possível que ainda não o tenhamos observado.

A outra explicação, mais incrível ainda, é a de que os elétrons tenham sido criados durante a aniquilação de partículas de matéria escura.

A existência da matéria escura é a idéia mais aceita para entender uma série de observações astronômicas: o movimento de rotação das galáxias, a velocidade delas em seus aglomerados, a distorção da luz provocada por esses aglomerados (lentes gravitacionais) e as variações na temperatura da radiação cósmica de fundo. Todas essas observações sugerem que, para cada pedaço de matéria “normal”, do tipo de que somos feitos, existe aproximadamente 6 vezes mais matéria de um tipo desconhecido, que não interage com a luz, mas cuja presença no universo percebemos pela sua força gravitacional. Nesse cenário, 85% da matéria no universo deve ser matéria escura.

A descoberta dos misteriosos elétrons, publicada semana passada pela revista Nature, vem da análise dos dados tomados entre 2000 e 2003 pelo experimento ATIC.

Para estudar elétrons e núcleos de átomos de alta energia vindos do espaço, uma equipe internacional de pesquisadores vêm lançando detectores de partículas presos a balões na Antártida, chamados de ATIC (sigla em inglês para “calorímetro de ionização fina avançado”). Os detectores são lançados na Antártida para aproveitar os ventos da alta atmofera que circulam em torno do Pólo Sul–ali não há perigo do balão sair voando mundo afora e cair sabe-se lá onde. O ATIC fica por até 15 dias, a 35 km de altura, acima de 99,5% da atmosfera terrestre, praticamente no espaço, detectando raios cósmicos.

Os detectores do ATIC registraram um excesso de elétrons com energias em torno de 620 gigaeletron-volts (GeV). (Só para comparar, um próton em repouso tem 1 GeV de energia.) Chamou a atenção dos pesquisadores do ATIC o fato de 620 GeV ser mais ou menos a energia esperada para uma das candidatas a partículas de matéria escura.

Observações indicam que a matéria escura é feita de partículas além das conhecidas, que formam o Modelo Padrão das partículas elementares. Os físicos teóricos imaginam várias partículas candidatas a matéria escura e elas são genericamente conhecidas como WIMPs (sigla em inglês para partículas massivas fracamente interagentes).

Os WIMPs que correspondem ao pico de energia observado pelo ATIC são as partículas de Kaluza-Klein, K-K, para os íntimos. Essas tais K-K seriam capazes de viajar por dimensões espaciais extras de tamanho finito e microscópico. A qualquer momento uma partícula K-K pode se transformar em várias partículas mais leves e estáveis, como por exemplo, pares de elétrons e anti-elétrons (pósitrons). Os pesquisadores do ATIC investigaram se a origem dos elétrons podia ser a colisão de partículas K-K e descobriram que sim, mas apenas se o sistema solar estiver passando por uma nuvem de matéria escura com densidade anormalmente alta, o que não é impossível.

Outra evidência tentadora a favor da hipótese da matéria escura são os resultados de outro experimento, o PAMELA (“equipamento para exploração de matéria e antimatéria e astrofísica de núcleos leves”), um satélite que detectou um excesso de anti-elétrons em uma energia próxima à dos elétrons detectados pelo ATIC. (Veja os artigos científicos submetidos respectivamente a Nature e a Physical Review Letters.) É possível que os WIMPs. estejam colindindo entre si por ai e o PAMELA tenha detectado os anti-eletrons resultantes da colisão, enquanto o ATIC tenha detectado os elétrons!

Mais dados são necessários para traçar o perfil desses excessos de elétrons e anti-elétrons com maior precisão, antes de eliminar as hipóteses mais convencionais e dizer que descobrimos as partículas da matéria escura.

Tanto o ATIC, quanto o PAMELA ainda tem mais dados a serem analisados. O telescópio espacial Fermi de raios gama pode também confirmar os resultados de ambos experimentos, detectando os raios gama vindos da aniquilação de WIMPs.

Enquanto isso, o LHC pode acabar produzindo partículas de matéria escura, quando finalmente começar a funcionar. Pode ser também que detectores construídos dentro de minas subterrâneas para detectar raríssimas colisões de WIMPs com núcleos atômicos consigam, como os da mina Boulby em Yorkshire, reino Unido, tenham sucesso.