Quinta dimensão pode explicar a matéria escura

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/02/2021

Havia propostas de encontrar a quinta dimensão estudando a gravidade. Agora ela pode explicar a matéria escura.
[Imagem: Sandbox Studio/Ana Kova]

Além do Modelo Padrão

Uma nova teoria que vai além do Modelo Padrão da física de partículas promete não apenas explicar a matéria escura, como também comprovar a existência da quinta dimensão.

Com todo o seu sucesso explicativo, o Modelo Padrão da física deixa muitas questões em aberto, das hierarquias das massas das partículas elementares à composição da matéria escura, sem falar em uma boa explicação para a gravidade.

O elemento central da nova teoria é uma dimensão extra no espaço-tempo, a quinta dimensão, que viria se somar à altura, largura, profundidade e o tempo.

Teorias da quinta dimensão

Já na década de 1920, em uma tentativa de unificar as forças da gravidade e do eletromagnetismo, Theodor Kaluza e Oskar Klein especularam sobre a existência de uma dimensão extra, além das familiares três dimensões espaciais e do tempo, que na física são combinadas em um espaço-tempo quadridimensional. Se ela realmente existe, essa nova dimensão teria de ser incrivelmente pequena e imperceptível ao olho humano.

No final dos anos 1990, a ideia passou por um renascimento notável, quando se percebeu que a existência de uma quinta dimensão poderia resolver algumas das profundas questões em aberto da física de partículas. Em particular, Yuval Grossman (Universidade de Stanford) e Matthias Neubert (então na Universidade Cornell) mostraram que aplicar o Modelo Padrão da física de partículas em um espaço-tempo de 5 dimensões poderia explicar os padrões misteriosos até agora vistos nas massas das partículas elementares.

Mas o renascimento não foi tão comemorado porque, de novo, as previsões da teoria não indicavam nenhum meio para que ela pudesse ser testada experimentalmente.

Outros 20 anos depois, o grupo do professor Matthias Neubert (Universidade Johannes Gutenberg em Mainz, Alemanha) fez outra descoberta inesperada: Que as equações de campo pentadimensionais preveem a existência de uma nova partícula pesada com propriedades semelhantes às do famoso bóson de Higgs, só que com uma massa muito mais pesada - tão pesada, na verdade, que ela não pode ser produzida nem mesmo no colisor de partículas de mais alta energia do mundo: o Grande Colisor de Hádrons (LHC).

"Foi um pesadelo," lembra Javier Ruiz, membro da equipe, "Estávamos entusiasmados com a ideia de que nossa teoria prediz uma nova partícula, mas parecia impossível confirmar essa previsão em qualquer experimento vislumbrável".

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Outras ideias multidimensionais indicam que nosso Universo pode estar em uma bolha que se expande em outra dimensão.
[Imagem: Suvendu Giri]

Partícula de outra dimensão

Agora, a mesma equipe encontrou uma solução espetacular para esse dilema: Eles finalmente fizeram uma previsão que torna possível testar a existência da quinta dimensão e, de quebra, resolver um dos grandes enigmas da ciência, a matéria escura.

A equipe descobriu que a partícula que sua teoria propõe mediaria necessariamente uma nova força entre as partículas elementares conhecidas (nosso universo visível) e a misteriosa matéria escura.

Em outras palavras, a partícula oriunda da quinta dimensão poderia explicar toda a massa da matéria escura, cuja gravidade impede que as galáxias se esfacelem, dada a velocidade com que giram.

Mesmo a abundância da matéria escura no cosmos, conforme observada em experimentos astrofísicos, pode ser explicada pela teoria.

Isso abre novas maneiras de pesquisar os constituintes da matéria escura, justamente em um momento em que todas as tentativas de detectar as partículas da matéria escura estão falhando.

A nova teoria manda procurar literalmente por meio de um "desvio" pela dimensão extra, o que poderia ainda obter pistas sobre a física em um estágio muito inicial na história do nosso Universo, quando a matéria escura foi produzida.

"Depois de anos em busca de possíveis confirmações das nossas previsões teóricas, estamos agora confiantes de que o mecanismo que descobrimos pode tornar a matéria escura acessível para os próximos experimentos, porque as propriedades da nova interação entre a matéria comum e a matéria escura - que é mediada pela partícula que propomos - pode ser calculada com precisão dentro da nossa teoria," disse o professor Matthias Neubert. "No final - assim esperamos - a nova partícula pode ser descoberta primeiro por meio de suas interações com o setor escuro."

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