Universo-espelho desaparece quando nêutron bate no muro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/07/2022

A teoria do universo-espelho não sobreviveu ao choque com o muro de carboneto de boro (na mão da pesquisadora).
[Imagem: ORNL]

Tempo de vida do nêutron

Tudo começou com a dúvida de longa data de quanto tempo um nêutron consegue viver fora do núcleo de um átomo.

Os nêutrons formam uma "pele" em volta do núcleo de um átomo mas, assim como os prótons, eles podem se libertar e ter uma vida solo - ainda que curta.

A medição mais precisa até agora, feita no ano passado, estabelece que o nêutron livre tem uma vida de 877,8 segundos (um pouco menos de 15 minutos), antes de decair em prótons, elétrons e antineutrinos.

Este resultado trouxe um problema: Ele não bate com o que a teoria estabelece e nem com outros experimentos. E isso é interessante porque pode apontar para uma "nova física", além do Modelo Padrão da física de partículas, além de poder trazer informações sobre a matéria escura.

"O tempo de vida do nêutron é um parâmetro importante no Modelo Padrão porque ele é usado como entrada para calcular a matriz de mistura de quarks, que descreve as taxas de decaimento dos quarks," explicou Frank Gonzalez, do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA. "Se os quarks não se misturam como esperamos, isso sugere uma nova física além do Modelo Padrão."

Oscilação de nêutrons e o Universo-espelho

Para medir o tempo de vida de um nêutron livre, os físicos adotam duas abordagens, que devem chegar à mesma resposta: Uma prende os nêutrons em uma garrafa magnética e conta seu desaparecimento; a outra conta os prótons que aparecem em um feixe à medida que eles decaem.

Acontece que os nêutrons parecem viver nove segundos a mais em um feixe do que em uma garrafa.

Ao longo dos anos, foram propostas muitas razões para essa discrepância. Uma teoria é que o nêutron se transforma de um estado para outro e vice-versa, um fenômeno da mecânica quântica conhecido como "oscilação", comum entre os neutrinos. "Se um nêutron pode existir como um nêutron regular ou um espelho, então você pode obter esse tipo de oscilação, um balanço entre os dois estados, desde que essa transição não seja proibida," explicou a pesquisadora Leah Broussard.

Foi a possibilidade da existência desse nêutron-espelho que gerou toda a teoria de um universo-espelho, ou universo paralelo, um mundo de partículas-espelho que teriam uma interação com as partículas-matéria da nossa realidade por meio da força da gravidade.

Além de resolver o problema da física de partículas, partículas-espelho também poderiam lançar luzes sobre a elusiva matéria escura - os nêutrons-espelho poderiam ser as partículas da nunca encontrada matéria escura - e até sobre o problema da constante de Hubble, cujo valor também varia de um tipo de medição para outra.

Detector de nêutrons onde foi realizada a medição mais precisa até agora do tempo de vida da partícula subatômica.
[Imagem: Michael Pierce/LANL]

Teoria do universo-espelho bate na parede

Para testar a existência das partículas-espelho, Broussard idealizou um experimento que procurava nêutrons oscilando em nêutrons espelho de matéria escura usando uma nova técnica de desaparecimento e regeneração.

Um feixe de nêutrons foi guiado para um refletômetro de magnetismo, onde o forte campo magnético deveria aumentar o número de oscilações dos nêutrons entre matéria e espelho. Em seguida, o feixe colidia com um "muro" feito de carboneto de boro, que é um forte absorvedor de nêutrons.

Se o nêutron de fato oscilasse entre os estados regular e espelhado, quando ele atingisse o muro ele deveria interagir com os núcleos atômicos e ser absorvido pela parede. Se ele estivesse em seu teorizado estado de nêutron-espelho, no entanto, nada aconteceria porque, como um componente da matéria escura, ele não interagiria com nenhuma partícula conhecida.

Em outras palavras, do outro lado do muro, só deveriam aparecer nêutrons-espelho.

A conclusão: Nenhuma evidência de oscilação de nêutrons foi observada, com todos os nêutrons de matéria batendo no muro, sem qualquer sinal de nêutrons-espelhos do outro lado da parede. "Cem por cento dos nêutrons pararam; zero por cento passou pela parede," reforçou Broussard.

Como o experimento rigoroso não encontrou evidências de nêutrons-espelho, os físicos afirmam ter de descartar de vez o que eles agora chamam de "uma teoria forçada", a teoria do universo-espelho.

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