Nova física necessária? Especialistas sugerem possibilidade de atualizar conceitos fundamentais da física

Uma descoberta inesperada sobre como nosso universo se formou está novamente levantando a questão: precisamos de uma nova física? A resposta pode mudar fundamentalmente o que os estudantes de física aprendem nas aulas ao redor do mundo.

Um estudo da SMU e de outras três universidades, disponível no arXiv servidor de pré-impressão, investigou a possibilidade de atualizar conceitos fundamentais da física.

A SMU desempenhou um papel significativo na análise, usando os recursos de computação de alto desempenho da universidade para explorar diferentes cenários que poderiam explicar as descobertas.

“Os dados do que é conhecido como DESI, ou Dark Energy Spectroscopic Instrument, combinados com o que já tínhamos, são os dados mais precisos que vimos até agora, e estão sugerindo algo diferente do que esperaríamos”, explicou um dos coautores do estudo, Joel Meyers, professor associado de física na SMU. “Agora, precisamos chegar ao fundo do porquê disso.”

Trabalharam com Meyers nessa análise os físicos teóricos Nathaniel Craig da UC Santa Barbara e do Instituto Kavli de Física Teórica, Daniel Green da UC San Diego e Surjeet Rajendran da Universidade Johns Hopkins.

O que o DESI descobriu… e por que foi surpreendente

O DESI está criando o maior e mais preciso mapa 3D do nosso universo, fornecendo uma medição essencial que permite aos cosmólogos calcular o que eles chamam de escala de massa absoluta dos neutrinos.

Essa escala de massa absoluta foi determinada com base em novas medições das chamadas oscilações acústicas bariônicas do DESI, além de informações que os físicos já tinham do “brilho residual” do Big Bang — quando o universo foi criado — conhecido como radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Ao longo da evolução do universo, o comportamento dos neutrinos impactou o crescimento de estruturas de larga escala, como aglomerados de galáxias em vastas extensões do espaço que vemos hoje. Os neutrinos são uma das partículas subatômicas mais abundantes no universo, mas são tão misteriosos quanto onipresentes. Uma razão pela qual os físicos querem saber a escala de massa dos neutrinos é que isso pode ajudá-los a entender melhor como a matéria se aglomerava à medida que o universo evoluía.

Os cosmólogos — aqueles que estudam a origem e o desenvolvimento do universo — há muito tempo acreditam que neutrinos massivos impediram que a matéria no universo se aglomerasse tanto quanto poderia ao longo de 13,8 bilhões de anos de evolução cósmica.

“Mas, em vez da supressão esperada do agrupamento de matéria, os dados favorecem o aumento do agrupamento de matéria, o que significa que a matéria no cosmos está mais aglomerada do que seria de se esperar”, disse Meyers, especialista em cosmologia teórica, incluindo a radiação cósmica de fundo, o universo primitivo e conexões com a física de partículas e de alta energia.

“Explicar esse aprimoramento pode indicar algum problema com as medições, ou pode exigir alguma nova física não incluída no Modelo Padrão da física de partículas e cosmologia.”

O Modelo Padrão da física de partículas — aquele que os alunos provavelmente aprenderam nas aulas de física — tem sido há muito tempo a melhor teoria dos cientistas para explicar como os blocos básicos de construção da matéria interagem. Essa descoberta de neutrinos é a medição mais recente, semelhante ao que é chamado de “tensão de Hubble”, para sugerir que podemos não conhecer nosso universo tão bem quanto pensamos, disse Meyers.

Em seu estudo, Meyers e seus colegas analisaram cenários em que os físicos podem precisar ajustar o Modelo Padrão, mas não descartá-lo completamente. Eles também examinaram a introdução de novos conceitos de física. E também exploraram se erros sistemáticos de medidas-chave poderiam ser responsáveis ​​pela surpreendente descoberta do DESI.

Provavelmente levará anos para saber qual das teorias dos pesquisadores está correta. Mas o estudo fornece um modelo para pesquisas futuras.