Uma equipe de pesquisadores propõe uma origem surpreendente para a matéria escura. Seu modelo se inspira nas propriedades intrigantes dos supercondutores para explicar esse enigma cósmico.
Segundo essa teoria, a matéria escura teria começado sua existência como partículas se movendo à velocidade da luz. Essas partículas, semelhantes aos fótons, teriam sofrido uma transformação radical ao ganharem massa de forma significativa. Essa mudança seria causada por interações relacionadas ao seu spin, um conceito emprestado da física quântica.
O modelo desenvolvido pelos cientistas oferece uma perspectiva testável. Ele prevê uma assinatura específica na radiação cósmica de fundo, essa luz fóssil dos primeiros instantes do Universo. Essa marca poderia ser detectada por instrumentos atuais ou futuros, como os do Observatório Simons no Chile.
Os pesquisadores comparam esse processo ao observado em supercondutores. Nesses materiais, pares de elétrons, chamados pares de Cooper, se formam em baixas temperaturas. De forma similar, as partículas de matéria escura poderiam ter se emparelhado e mudado de estado ao resfriarem.
Essa abordagem simplifica consideravelmente o entendimento da matéria escura. Ao contrário de outras teorias, ela não requer a introdução de muitas hipóteses adicionais. Ela se baseia em mecanismos físicos já conhecidos, o que reforça sua credibilidade.
O estudo abre caminhos fascinantes para a cosmologia. Se validada, ela poderia explicar não apenas a natureza da matéria escura, mas também sua abundância no Universo. As próximas observações da radiação cósmica de fundo serão cruciais para testar essa hipótese.
Os pesquisadores destacam a elegância matemática de seu modelo. Ele descreve de forma coerente a transição entre um estado de alta energia e um estado frio e massivo. Essa transição poderia ser a chave para entender a estrutura em grande escala do Universo.
Como partículas sem massa podem se tornar matéria escura?
O processo proposto se baseia em um mecanismo de quebra de simetria. No Universo primordial, as partículas que se moviam à velocidade da luz interagiam fortemente entre si. Essas interações, ligadas ao seu spin, levaram a uma perda brusca de energia.
Essa perda de energia se assemelha a uma transição de fase, como a passagem da água para o gelo. As partículas, inicialmente sem massa, adquirem então massa. Esse fenômeno é similar ao mecanismo de Higgs, mas com características próprias da matéria escura.
A teoria sugere que esse processo ocorreu muito cedo na história do Universo. As condições extremas da época permitiram essa transformação única. Hoje, essas partículas massivas e frias constituiriam a matéria escura que buscamos detectar.
Qual é a relação entre a matéria escura e os supercondutores?
Os supercondutores oferecem um paralelo para entender a matéria escura. Nesses materiais, os elétrons formam pares de Cooper em baixas temperaturas. Esses pares se movem sem resistência, criando um estado de supercondutividade.
De maneira análoga, as partículas de matéria escura poderiam ter se emparelhado no Universo primordial. Sua interação, mediada pelo spin, teria levado a um estado similar à supercondutividade. Esse estado explicaria sua transição para uma forma massiva e fria.
Essa analogia permite usar ferramentas matemáticas consagradas na física do estado sólido. Ela também oferece pistas para detectar a matéria escura, buscando assinaturas similares às dos supercondutores na radiação cósmica de fundo.
Fonte: Physical Review Letters