GRAVITINO: O CANDIDATO À MATÉRIA ESCURA QUE PODE MUDAR A FÍSICA PARA SEMPRE

A matéria escura é um dos maiores enigmas do universo.
Sabemos que ela está lá. Ela representa cerca de 27% de toda a energia e matéria do cosmos. Mas ninguém sabe o que ela é de fato.

Quando os astrônomos observam galáxias, enxergam estrelas girando rápido demais para a quantidade de massa visível que existe. É como se algo invisível estivesse segurando tudo junto. Sem essa substância misteriosa, o universo que conhecemos simplesmente não faria sentido.

Durante décadas, os físicos propuseram candidatos para essa matéria oculta. Primeiro vieram os WIMPs, partículas massivas de interação fraca, que poderiam ser detectadas em experimentos subterrâneos. Depois, os áxions, partículas extremamente leves que também poderiam compor a matéria escura. Até mesmo neutrinos estéreis foram cogitados.

Mas aqui está o problema: depois de mais de 40 anos de busca, nenhuma dessas partículas foi encontrada.

E é nesse cenário que surge uma nova e ousada proposta: os gravitinos superpesados e carregados.

Pesquisadores da Universidade de Varsóvia e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, também conhecido como Instituto Albert Einstein, acabam de publicar um estudo na Physical Review Research sugerindo que esses gravitinos podem ser os verdadeiros constituintes da matéria escura.

Mas... o que são gravitinos?

Para entender isso, precisamos voltar à década de 1980. Em 1981, Murray Gell-Mann — o físico que introduziu os quarks como blocos fundamentais da matéria — analisou uma teoria chamada supergravidade N=8.

Essa teoria era fascinante porque tentava unificar a gravidade com as outras forças fundamentais. E não apenas isso: a supergravidade N=8 conseguia acomodar exatamente as partículas conhecidas do Modelo Padrão, como quarks e léptons, mas também previa novos parceiros — entre eles os gravitinos, partículas de spin 3/2, algo que não existe no Modelo Padrão.

Só havia um problema: as cargas elétricas previstas para as partículas estavam um pouco “deslocadas”. O elétron, por exemplo, não teria carga -1, mas sim -5/6. Isso não batia com a realidade.

Décadas depois, os físicos Krzysztof Meissner e Hermann Nicolai conseguiram resolver esse impasse. Eles propuseram uma modificação radical da teoria, envolvendo uma simetria matemática quase desconhecida chamada K(E10). Essa modificação corrigiu as cargas das partículas e manteve a consistência com o Modelo Padrão.

E foi aí que surgiu algo surpreendente: os gravitinos, nessa versão, não seriam neutros, mas carregados eletricamente. Seis deles teriam carga de ±1/3, e dois teriam ±2/3. Além disso, seriam incrivelmente pesados — com massas próximas à escala de Planck, algo como bilhões de bilhões de vezes a massa de um próton.

Agora, você deve estar se perguntando: como uma partícula tão pesada poderia ser a matéria escura?

A resposta está na raridade.
Esses gravitinos seriam tão massivos que sua abundância no universo seria extremamente baixa. No sistema solar, estima-se que exista apenas um gravitino a cada 10 mil quilômetros cúbicos. Isso é quase nada. Mas, mesmo raros, sua presença seria suficiente para influenciar a gravidade em grande escala.

E aqui vem a parte empolgante: como detectar algo assim?

Tradicionalmente, os experimentos de matéria escura procuraram por partículas neutras, justamente porque a ideia de “matéria escura carregada” parecia contraditória. Mas os gravitinos desafiam essa lógica. Eles poderiam ser detectados justamente por interagirem com a matéria de uma maneira única.

Um dos principais candidatos para essa busca é o detector JUNO — o Observatório Subterrâneo de Neutrinos de Jiangmen, na China.

O JUNO foi projetado para estudar neutrinos, mas sua escala colossal também o torna perfeito para procurar gravitinos. Estamos falando de um detector com 20 mil toneladas de líquido cintilador armazenadas em uma esfera de 40 metros de diâmetro, cercada por mais de 17 mil fotomultiplicadores.

Imagine isso: se um gravitino atravessar o detector, sua passagem deve deixar um sinal inconfundível, impossível de ser confundido com neutrinos ou qualquer outra partícula conhecida.

As simulações feitas pelos cientistas combinaram física de partículas e química quântica avançada. E mostraram que, sim, a assinatura de um gravitino seria única. Eles calcularam desde os efeitos da radioatividade natural do carbono-14 presente no óleo até a absorção de fótons e o ruído de fundo dos detectores. Tudo isso para garantir que o sinal não seria confundido.

E não é só o JUNO. Futuramente, outros experimentos como o DUNE, o Deep Underground Neutrino Experiment nos Estados Unidos, poderão desempenhar um papel decisivo nessa busca



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