A matéria escura é um dos maiores enigmas do universo. Cientistas estimam que o cosmos seja composto por cerca de 5% de matéria observável (bariônica), 27% de matéria escura e 68% de energia escura. Apesar de sua importância na cosmologia e na astrofísica, a natureza dessa misteriosa forma de matéria ainda permanece desconhecida, motivando inúmeras pesquisas. Uma das teorias em discussão sugere que o Majoron pode estar intimamente ligado a esse fenômeno.
Em um estudo publicado na plataforma de pré-impressão arXiv, um grupo de pesquisadores propôs que a partícula hipotética conhecida como Majoron pode ser a chave para explicar a origem de toda a matéria no universo. Além disso, os resultados indicam que essa “partícula fantasma” pode ter um papel crucial na explicação da assimetria entre matéria e antimatéria em escala cósmica.
Com essa abordagem, o Majoron ganha destaque como uma possível peça fundamental na compreensão das forças e interações que moldaram o universo como o conhecemos hoje.
Antes de explorar a natureza da matéria escura, muitos estudos se concentram em entender por que o universo é predominantemente composto pela matéria que conhecemos. As evidências atuais indicam que, logo após o Big Bang, foram geradas quantidades iguais de matéria e antimatéria. No entanto, apenas a matéria é encontrada em abundância, enquanto a maior parte da antimatéria parece ter “desaparecido” de forma enigmática.
Essa ausência de antimatéria observada no cosmos está associada a um fenômeno conhecido como assimetria bariônica — um desequilíbrio fundamental entre a matéria e sua contraparte, a antimatéria. Compreender essa assimetria é um dos principais desafios da física moderna, e teorias como a do Majoron podem fornecer pistas valiosas para desvendar esse mistério primordial.
A origem do desequilíbrio entre matéria e antimatéria ainda não é totalmente compreendida, mas modelos como a leptogênese e a bariogênese oferecem pistas promissoras para explicar a violação da simetria no cosmos.
De acordo com um estudo publicado na plataforma arXiv, pesquisadores sugerem que o Majoron é um candidato viável para compor a matéria escura do tipo freeze-in. “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”, explicam os autores na introdução do artigo.
O que é o Majoron?
O Majoron é uma partícula hipotética proposta na física teórica e está associada a modelos que explicam as massas de neutrinos do tipo Majorana. Seu nome é uma homenagem ao físico italiano Ettore Majorana, que realizou estudos pioneiros sobre neutrinos. Em teorias especulativas, o Majoron é um bóson de Goldstone que surge da quebra espontânea de uma simetria global, frequentemente vinculada ao número leptônico.
Apesar de sua relevância em teorias cosmológicas e na física de partículas, a existência do Majoron permanece teórica, pois 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. A quebra espontânea dessa simetria pode estar diretamente relacionada à geração de neutrinos massivos e à emergência do Majoron.
O conceito de leptogênese
De acordo com o CERN, a leptogênese é uma teoria que descreve o processo pelo qual se formou a assimetria entre matéria e antimatéria logo após o Big Bang. Esse mecanismo teria ocorrido devido ao decaimento assimétrico de partículas pesadas, o que resultou na violação de simetrias fundamentais e na predominância de matéria sobre a antimatéria.
Um estudo complementar também publicado no arXiv destaca: “O Majoron pode adquirir massa por meio de efeitos de gravidade quântica e, possivelmente, representar a componente de matéria escura observada no universo. O modelo de matéria escura baseado no Majoron é consistente com observações da anisotropia do fundo cósmico de micro-ondas, desde que seu tempo de vida como partícula de matéria escura seja estável o suficiente.”
Majoron e a matéria escura
O universo é composto não apenas por matéria visível, mas também por uma significativa quantidade de matéria escura e energia escura. Observações indicam que, no momento inicial do cosmos, matéria e antimatéria foram criadas em quantidades praticamente iguais. No entanto, por razões ainda desconhecidas, a antimatéria “desapareceu”, resultando em um universo dominado por matéria.
Pesquisadores acreditam que os neutrinos podem desempenhar um papel fundamental nesse processo. Neutrinos conhecidos possuem spin alinhado exclusivamente à esquerda em relação ao seu movimento, ao contrário de outras partículas, que podem apresentar rotação em ambas as direções.
A busca por neutrinos destros
As evidências confirmam a existência de três tipos de neutrinos, associados ao elétron, múon e tau. Embora suas propriedades, como massa e oscilações, sejam amplamente estudadas, existe a hipótese de que possam existir outros tipos de neutrinos. Caso existam, esses neutrinos destros teriam interações tão fracas que sua detecção seria extremamente difícil.
Estudos recentes sugerem a existência de dois neutrinos destros com massas extremamente altas. Segundo os cientistas, essas partículas estariam inicialmente em equilíbrio com os neutrinos conhecidos. Com a expansão e o resfriamento do universo, essa simetria foi rompida, provocando o desaparecimento dos neutrinos destros.
O papel do Majoron
A teoria propõe que os neutrinos destros se combinaram, formando o Majoron, uma partícula que poderia ter sido criada em grande quantidade nos primeiros momentos após o Big Bang. Além de explicar o desaparecimento da antimatéria, essa partícula também pode ser uma candidata à matéria escura.
Perspectivas futuras
Embora ainda não haja evidências diretas da existência do Majoron, avanços em detectores de neutrinos, como o Super-Kamiokande (no Japão) e o Borexino (na Itália), podem contribuir para confirmar ou refutar a hipótese. Esses experimentos ajudam a aprimorar nossa compreensão sobre neutrinos e sua possível relação com a assimetria bariônica e a matéria escura.
Vale lembrar que o estudo foi publicado em um servidor de pré-impressão e ainda não passou pelo rigoroso processo de revisão por pares, essencial para validar suas conclusões e reforçar sua credibilidade científica.
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