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Mesmo o mais specialty as ondas gravitacionais que passam pelo planeta, criadas pelas colisões distantes de buracos negros, apenas esticam e comprimem cada milha da superfície da Terra por um milésimo do diâmetro de um átomo. É difícil conceber quão pequenas são essas ondulações no tecido do espaço-tempo, quanto mais detectá-las. Mas em 2016, depois que os físicos passaram décadas construindo e ajustando um instrumento chamado Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO), eles tenho um.
Com quase 100 ondas gravitacionais agora registradas, a paisagem de buracos negros invisíveis está se desenrolando. Mas isso é apenas parte da história.
Os detectores de ondas gravitacionais estão pegando alguns displays paralelos.
“As pessoas começaram a perguntar: ‘Talvez haja mais no que podemos tirar dessas máquinas do que apenas ondas gravitacionais?’”, disse. Rana Adhikarium físico do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Inspirados pela extrema sensibilidade desses detectores, os pesquisadores estão criando maneiras de usá-los para procurar outros fenômenos indescritíveis: acima de tudo, a matéria escura, o subject matter não luminoso que mantém as galáxias unidas.
Em dezembro, uma equipe liderada por Hartmut Grote da Universidade de Cardiff relatado em Natureza que eles usaram um detector de ondas gravitacionais para procurar matéria escura de campo escalar, um candidato menos conhecido para a massa perdida dentro e ao redor das galáxias. A equipe não encontrou um sinal, descartando uma grande classe de modelos de matéria escura de campo escalar. Agora, o subject matter só pode existir se afetar a matéria standard muito fracamente – pelo menos um milhão de vezes mais fracamente do que se pensava ser possível.
“É um resultado muito bom”, disse Keith Rilesum astrônomo de ondas gravitacionais da Universidade de Michigan que não esteve envolvido na pesquisa.
Até alguns anos atrás, o major candidato à matéria escura technology uma partícula de movimento lento e interação fraca semelhante a outras partículas elementares – uma espécie de neutrino pesado. Mas pesquisas experimentais para esses chamados WIMPs proceed chegando de mãos vaziasabrindo espaço para inúmeras alternativas.
“Nós meio que atingimos o estágio nas pesquisas de matéria escura em que estamos procurando em todos os lugares”, disse Kathryn Zurekum físico teórico da Caltech.
Em 1999, três físicos proposto que a matéria escura pode ser feita de partículas tão leves e numerosas que são melhor pensadas coletivamente, como um campo de energia que permeia o universo. Este “campo escalar” tem um valor em cada ponto no espaço, e o valor oscila com uma frequência característica.
A matéria escura de campo escalar alteraria sutilmente as propriedades de outras partículas e forças fundamentais. A massa do elétron e a força da força eletromagnética, por exemplo, oscilariam com a amplitude oscilante do campo escalar.
Por anos, os físicos se perguntaram se os detectores de ondas gravitacionais poderiam detectar tal oscilação. Esses detectores detectam pequenos distúrbios usando uma abordagem chamada interferometria. Primeiro, a luz do laser entra em um “divisor de feixe”, que divide a luz, enviando feixes em duas direções em ângulos retos entre si, como braços de um L. Os feixes refletem nos espelhos nas extremidades de ambos os braços, depois retornam ao dobradiça do L e recombinar. Se os feixes de laser que retornam foram dessincronizados – por exemplo, por uma onda gravitacional passageira, que alonga brevemente um braço do interferômetro enquanto contrai o outro – forma-se um padrão de interferência distinto de franjas claras e escuras.
A matéria escura de campo escalar poderia empurrar os feixes para fora de sincronia e causar um padrão de interferência? “O pensamento comum”, disse Grote, technology que quaisquer distorções afetariam os dois braços igualmente, cancelando-se. Mas então, em 2019, Grote teve uma percepção. “Certa manhã, acordei e a ideia me veio de repente: o divisor de feixe é exatamente o que precisamos.”
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