Uma possível resposta a uma questão cósmica fundamental
Um novo estudo teórico sugere que um tipo de partícula há muito hipotetizado pode ter dominado brevemente o orçamento energético do universo recém-nascido, alterando o ritmo da expansão cósmica e ajudando a criar condições para que a matéria prevalecesse sobre a antimatéria.
A candidata é o neutrino destro, uma contraparte hipotética dos neutrinos detectados na natureza. O trabalho, publicado na Physical Review Letters em 8 de setembro, não relata a descoberta dessa partícula. Em vez disso, oferece um cenário no qual essas partículas poderiam resolver parte de um enigma mais profundo: por que o universo observável contém tanta matéria.
Essa questão decorre de uma expectativa básica da física de partículas. Em termos gerais, os processos do universo primordial deveriam ter produzido matéria e antimatéria em quantidades semelhantes. Quando a matéria encontra a antimatéria, as duas podem se aniquilar. Se o equilíbrio tivesse permanecido exato, sobraria pouca matéria comum para formar estrelas, planetas ou pessoas.
Por que os neutrinos são incomuns
Os neutrinos estão entre as partículas conhecidas mais difíceis de detectar. Eles interagem tão raramente com a matéria que enormes quantidades atravessam a Terra e as pessoas praticamente sem efeito. O artigo de origem observa que um neutrino solar poderia atravessar uma camada de chumbo com um ano-luz de espessura antes de interagir com um único átomo.
Os cientistas detectaram três sabores de neutrinos, e eles podem mudar entre esses sabores enquanto se movem. Esse comportamento depende de um efeito quântico que exige que os neutrinos tenham massa. No entanto, o Modelo Padrão da física de partículas descreve os neutrinos como partículas sem massa, deixando uma discrepância entre a estrutura teórica e as observações.
Uma extensão proposta introduz neutrinos destros. Na terminologia da física de partículas, a helicidade se refere ao spin de uma partícula em relação à sua direção de movimento. Os neutrinos detectados são canhotos. Um neutrino destro seria diferente de maneira importante: não sentiria a força nuclear fraca da mesma forma que seu equivalente conhecido.
Uma era breve com efeito desproporcional
Na nova proposta, os neutrinos destros podem ter carregado mais energia do que todos os outros componentes do universo primordial durante um breve intervalo após o Big Bang. Essa dominância teria acelerado a expansão do universo.
Mudar a taxa de expansão não é um ajuste pequeno. No cosmos primordial, as interações entre partículas e o resfriamento cósmico aconteciam rapidamente. O momento desses eventos determina quais reações permanecem ativas, quando saem do equilíbrio e quais ingredientes sobrevivem para eras posteriores.
Os pesquisadores argumentam que um período inicial dominado por neutrinos destros poderia ter atrasado interações fundamentais. Esse atraso, por sua vez, poderia alterar as condições nas quais o desequilíbrio entre matéria e antimatéria surgiu ou persistiu. O resultado oferece uma possível explicação para o fato de a matéria não ter sido completamente eliminada.
A proposta conecta dois problemas em aberto: a origem da massa dos neutrinos e a origem do universo dominado pela matéria. Essa conexão é atraente porque pergunta se uma única adição ao Modelo Padrão poderia ter consequências em escalas radicalmente diferentes, do comportamento subatômico à evolução do cosmos.
Hipótese, não detecção
O estudo deve ser lido como uma possibilidade teórica, não como evidência de que neutrinos destros existam. Nenhum neutrino destro foi detectado, e o artigo de origem descreve a partícula como hipotética.
Essa distinção é central. Uma explicação bem-sucedida para o desequilíbrio entre matéria e antimatéria precisa fazer mais do que contar uma história plausível. Ela deve ser compatível com o que já se sabe sobre neutrinos, o universo primordial e as interações de partículas, além de produzir previsões que futuras observações ou experimentos possam testar.
O valor do estudo está em definir um papel cosmológico específico para partículas há muito consideradas em esforços para ampliar o Modelo Padrão. Se o cenário for refinado, os pesquisadores poderão investigar se suas consequências previstas são compatíveis com medições da história do universo e com buscas laboratoriais por novos comportamentos dos neutrinos.
Por que a ideia é cientificamente importante
A cosmologia frequentemente reconstrói indiretamente os primeiros momentos do universo. Os cientistas não podem observar os primeiros instantes após o Big Bang da mesma forma que observam uma galáxia próxima. Em vez disso, comparam modelos teóricos com os vestígios posteriores deixados pela evolução cósmica e com o comportamento das partículas medido hoje.
Isso torna as propostas sobre o universo primordial poderosas, mas exigentes. Um modelo precisa ligar a física microscópica a consequências em grande escala sem contradizer as evidências estabelecidas. Os neutrinos destros são candidatos especialmente interessantes porque os próprios neutrinos já apontam para uma física além da descrição mais simples do Modelo Padrão.
- Os neutrinos conhecidos mudam de sabor, indicando que têm massa.
- Portanto, a previsão do Modelo Padrão de neutrinos sem massa é incompleta.
- Neutrinos destros oferecem uma possível extensão dessa estrutura.
- O novo estudo explora como eles também poderiam afetar o equilíbrio entre matéria e antimatéria do universo.
O cenário continuará especulativo até ser testado contra um conjunto mais amplo de evidências. Mas ele ilustra como perguntas não resolvidas sobre uma partícula quase invisível podem se relacionar à maior questão de todas: por que o universo contém a matéria necessária para que qualquer coisa exista.
Este artigo é baseado em uma reportagem da Live Science. Leia o artigo original.
Originally published on livescience.com
