Físicos dizem ter detectado o quinto elemento - a quintessência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/11/2020

O observatório Planck rastreou a radiação cósmica de fundo, que os cientistas acreditam ser o "eco" do Big Bang.
[Imagem: ESA/Planck]

O retorno do éter

Uma dupla de físicos da Alemanha e do Japão acredita ter dado um passo importante para ressuscitar uma das teorias mais controversas da Física: o éter.

Até Einstein, o éter era a substância essencial a partir da qual todas as partículas e ondas eram medidas, e no qual elas se deslocavam. Mas a teoria da relatividade especial dispensou o éter. Como defender o éter significava contrapor-se à relatividade, o termo foi logo banido e criou-se muito preconceito em torno dele.

Não têm faltado tentativas de ressuscitá-lo, sendo que a versão mais moderna equivale ao chamado vácuo quântico, que descreve o "vazio" como uma sopa de partículas que surgem e desaparecem o tempo todo - para quase todos os efeitos, aceitar o vácuo quântico significa apenas rebatizar o éter.

Agora, Yuto Minami (KEK - Organização de Pesquisa do Acelerador de Alta Energia, no Japão) e Eiichiro Komatsu (Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha) encontraram algo que pode colocar um fim à discussão, trazendo o éter de vez para a mesa de discussão dos físicos.

Mas, para evitar controvérsias e polêmicas infrutíferas, em vez de chamar a substância que detectaram de éter, eles preferiram batizá-la de "quintessência", ou campo quintessencial, uma referência ao "quinto elemento", ao lado do ar, terra, água e fogo propostos na Antiguidade para explicar a origem de todas as substâncias.

Descoberta do quinto elemento

Minami e Komatsu revisaram os dados da radiação cósmica de fundo, também conhecida como "eco do Big Bang", coletados pelo telescópio espacial Planck, usando uma nova técnica, desenvolvida por eles mesmos, para medir o ângulo de polarização dessa luz antiga, calibrando-a com a emissão de poeira da Via Láctea.

E eles descobriram algo que ninguém havia visto: Essa luz residual sofre uma "torção" conforme viaja pelo Universo. E esse giro nas ondas de luz - sua polarização - só pode ser explicado por um meio no qual as ondas viajam.

E esse meio seria a quintessência, ou quinto elemento, ou éter.

Os resultados ainda são preliminares, não alcançando a significância conhecida como "5 sigmas", necessária para que os físicos declarem uma descoberta. Mas foi o mais perto que qualquer um chegou de ressuscitar o éter desde a publicação da relatividade geral, em 1905.

À medida que a radiação cósmica de fundo de micro-ondas viaja pelo Universo até ser observada na Terra (imagem à direita), a direção na qual a onda eletromagnética oscila (linha laranja) é girada em um ângulo β. A rotação pode ser causada pela matéria escura ou pela energia escura interagindo com aquela radiação. As regiões vermelha e azul mostram regiões quentes e frias da radiação cósmica de fundo, respectivamente.
[Imagem: Y. Minami / KEK]

Quintessência

O resultado tem amplas consequências, entre outras porque a eventual existência da quintessência muda completamente o estudo da matéria escura e da energia escura, as substâncias hipotéticas e de efeitos opostos que até hoje ninguém conseguiu explicar - a matéria escura tem um efeito de atração, mantendo as galáxias coesas, enquanto a energia escura tem um efeito de repulsão, fazendo com que o Universo se expanda cada vez mais rápido.

A chave de tudo é a luz polarizada da radiação cósmica de fundo. A luz é uma onda eletromagnética se propagando. Quando ela consiste em ondas oscilando em uma direção preferencial, os físicos dizem que se trata de "luz polarizada".

A polarização surge quando a luz é dispersada por alguma coisa. A luz solar, por exemplo, consiste em ondas com todas as direções oscilantes possíveis; portanto, ela não é polarizada. A luz do arco-íris, por outro lado, é polarizada porque a luz do Sol é espalhada por gotículas de água na atmosfera.

Da mesma forma, a luz da radiação cósmica de fundo inicialmente se polarizou quando foi espalhada por elétrons 400.000 anos após o Big Bang. Como esta luz viajou através do Universo por 13,8 bilhões de anos, a interação da radiação cósmica de fundo com a matéria escura ou com energia escura pode fazer com que seu plano de polarização gire em um ângulo β.

E foi esse giro que a dupla mediu, embora os resultados ainda não tenham a precisão desejada.

"Desenvolvemos um novo método para determinar a rotação artificial usando a luz polarizada emitida pela poeira em nossa Via Láctea," disse Minami. "Com este método, alcançamos uma precisão que é o dobro do que já havia sido feito até agora, e finalmente fomos capazes de medir [o ângulo] β.

O resultado mostrou um nível de confiança de 99,2%, mas, para reivindicar uma descoberta na física, a significância estatística precisa sem muito maior, com um nível de confiança de 99,99995%. Para isso, precisaremos esperar a construção de novos observatórios, que possam medir a polarização da radiação cósmica de fundo com maior precisão.

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