A matéria escura é um dos maiores mistérios do universo; cientistas estimam que o cosmos seja composto por 5% de matéria observável (bariônica), 27% de matéria escura e 68% de energia escura. Apesar de sua relevância na astronomia, a natureza dessa forma hipotética de matéria ainda é desconhecida e segue sendo objeto de diversos estudos. Uma possibilidade é que o Majoron esteja relacionado a esse fenômeno.
Em um estudo publicado na revista de pré-impressão arXiv, um grupo de pesquisadores propõe que a partícula hipotética conhecida como Majoron pode ser a chave para explicar a existência de toda a matéria no universo. Além disso, os resultados indicam que essa ‘partícula fantasma’ também pode estar relacionada à assimetria da matéria na totalidade no cosmos.
Antes de investigar o que é a matéria escura, muitos estudos buscam compreender por que o universo é formado pela matéria como a conhecemos. Por exemplo, as evidências atuais sugerem que, após o Big Bang, foram criadas quantidades iguais de matéria e antimatéria. Contudo, apenas a matéria é observada em quantidade, enquanto a maioria da antimatéria parece ter ‘desaparecido’ de forma misteriosa.
A escassez de antimatéria observada no universo está relacionada a um fenômeno conhecido como assimetria bariônica, caracterizado pelo desequilíbrio entre a matéria e sua versão contrária, a antimatéria.
Apesar de a origem precisa desse desequilíbrio ainda não ser totalmente compreendida, a ciência sugere que os modelos de leptogênese e bariogênese oferecem possíveis explicações para a violação da simetria cósmica.
“Demonstramos que o Majoron resultante é um candidato viável para matéria escura do tipo freeze-in. Assumimos que dois neutrinos destros possuem massas predominantemente fora da diagonal, sugerindo que a leptogênese ressonante pode ser a origem da assimetria bariônica do Universo”, a introdução do artigo descreve.
O que é Majoron?
Os Majorons são partículas hipotéticas propostas na física teórica, associadas a modelos que explicam as massas de neutrinos Majorana. O nome é uma homenagem ao físico italiano Ettore Majorana, que ficou conhecido por seus estudos envolvendo neutrinos.
Teoricamente, o Majoron é um bóson de Goldstone que emerge da quebra espontânea de uma simetria global, frequentemente vinculada ao número leptônico. Apesar de sua importância em teorias cosmológicas e na física de partículas, sua existência permanece teórica, já que nenhum experimento científico conseguiu detectá-lo.
O número leptônico é uma propriedade associada aos léptons, partículas fundamentais como o elétron, múon, tau e seus respectivos neutrinos. O Majoron está justamente relacionado à quebra espontânea da simetria global do número leptônico. Mas o que é a leptogênese?
Segundo o CERN, a leptogênese é uma teoria que descreve o mecanismo pelo qual surgiu a assimetria entre matéria e antimatéria no universo. Esse processo teria ocorrido nos primeiros momentos após o Big Bang, devido ao decaimento desequilibrado de partículas pesadas. Como resultado, simetrias fundamentais foram violadas.
“O Majoron pode adquirir massa por meio de efeitos da gravidade quântica e, possivelmente, representar a componente de matéria escura observada no Universo. O cenário de matéria escura baseado no Majoron é consistente com as observações atuais da anisotropia do fundo cósmico de micro-ondas, desde que o tempo de vida do Majoron como matéria escura”, destaca outro estudo sobre o tema, publicado no arXiv.
Majoron e a matéria escura
Além da matéria visível, o universo também contém uma alta quantidade de matéria escura — sem contar, na maior parte, composta por energia escura. No entanto, as evidências indicam que matéria e antimatéria foram criadas em quantidades semelhantes no início do cosmos. Não é à toa que um dos grandes mistérios está em entender por que quase toda a antimatéria desapareceu.
Para os cientistas do recente estudo, a resposta para o desaparecimento da antimatéria pode estar nos neutrinos. Essas partículas possuem propriedades que ainda desafiam explicações completas. Por exemplo, os neutrinos conhecidos apresentam spin alinhado exclusivamente à esquerda em relação ao seu movimento, diferentemente de outras partículas que podem apresentar rotação em ambas as direções.
As evidências atuais confirmam a existência de três tipos de neutrinos, associados ao elétron, múon e tau. Apesar de suas propriedades, como massa e oscilações, sejam amplamente investigadas, alguns cientistas ainda consideram a possibilidade de existirem outros tipos de neutrinos. Caso realmente existam, sua detecção direta seria extremamente difícil devido às interações muito mais fracas em comparação com os neutrinos conhecidos.
Os resultados do estudo sugerem, hipoteticamente, a existência de dois neutrinos com rotação à direita e massas extremamente altas. Segundo os cientistas, esses ‘neutrinos destros’ inicialmente estavam em equilíbrio com os neutrinos conhecidos. Porém, com a expansão e o resfriamento do universo, essa simetria foi rompida, o que resultou no desaparecimento dos neutrinos destros.
O estudo não se limita ao desaparecimento dessas partículas. Os cientistas explicam que essa reação também pode ter provocado o desequilíbrio entre matéria e antimatéria. Mas qual é a relação disso com o Majoron? A teoria sugere que os neutrinos destros se combinaram, originando o Majoron, uma partícula hipotética que poderia ter sido criada em abundância nos primeiros instantes do universo.
A hipótese explica que, além dessas duas reações, o Majoron também pode ser a matéria escura. Os pesquisadores acreditam que essa partícula hipotética poderia fornecer uma explicação para esses três grandes mistérios do universo.
De qualquer forma, não há evidências científicas que comprovem sua existência, mas os cientistas esperam que detectores de neutrinos como o Super-Kamiokande (no Japão) e o Borexino (na Itália) possam contribuir para sua descoberta.
É importante destacar que o estudo foi publicado em um servidor de pré-impressão e ainda não passou pelo processo de revisão por pares, essencial para validar suas conclusões.
As partículas que compõem tudo ao nosso redor são fundamentais para entender o universo, desde os átomos até as maiores estruturas cósmicas. Quer saber mais sobre o assunto? Descubra quais são as partículas fundamentais do Universo. Até a próxima!
