Na escola, aprendemos que a física é regida por uma série de leis. Nos níveis aprofundados desta ciência, porém, se sabe há muitos anos que há forças que escapam da nossa compreensão de como a natureza funciona. Um grupo de físicos da Alemanha, Austrália e Suíça parece ter encontrado mais uma delas: uma evidência da chamada quinta força da natureza.
O Modelo Padrão que rege como os átomos se comportam em nosso mundo considera a existência de quatro forças fundamentais que regulam como as partículas podem interagir e que forças se aplicam entre elas. É a evidência mais precisa até hoje de um possível novo campo da física.
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As quatro forças atualmente conhecidas da física são:
Gravidade: é mais do que só a força que leva as coisas a caírem no chão. Ela é a atração que mantém planetas em órbita e as partículas destes planetas unidas a seu núcleo.
Eletromagnetismo: estuda como as partículas podem se carregar de energia e interagir entre si com os campos energéticos e magnéticos que são formados. É a força responsável pelos efeitos da luz e da eletrônica.
Força forte: menos conhecida que as demais, é a força que mantém juntos os prótons e nêutrons dentro do núcleo atômico, como uma gravidade em nível microscópico.
Força fraca: esta é a força que age em níveis subatômicos. Graças a interação dessas partículas, ocorrem processos como reações de transformação de fusão nuclear (a origem a energia do Sol) e da radioatvidade.
“Não se explica”
Uma equipe internacional de cientistas identificou, porém, uma anomalia em experimentos com átomos de cálcio que não pode ser explicada por nenhuma das quatro teorias. O resultado, que pode indicar a presença de uma quinta força da natureza, foi publicado na Physical Review Letters em 10 de junho.
O estudo analisou as transições atômicas de cinco isótopos de cálcio. Os cientistas buscaram desvios em diagramas usados para prever essas transições. Mas enquanto o Modelo Padrão previa um resultado linear e gradual de transformação, o resultado foi não-linear.
“Essa não linearidade não pode ser totalmente explicada pelo maior efeito esperado do Modelo Padrão”, escrevem os pesquisadores.
A significância estatística do resultado foi de cerca de mil sigmas. Embora isso seja literalmente grego para quem não entende de cálculos da física, os pesquisadores apontam que é uma medida de qualidade que aponta que a chance de a anomalia ser resultado de erro experimental é praticamente nula. Mesmo assim, os cientistas mantêm cautela ao interpretar os achados.
interações entre partículas que são menores que o átomo levaram a resultados imprevisíveis pela física atual
Limite de massa e nova interação hipotética
Com base nos desvios observados, foi possível calcular o limite superior da massa de uma partícula que poderia carregar essa força até então desconhecida, mas a partícula em si não foi detectada.
Existe um modelo da força forte chamado interação de Yukawa que mostra como as partículas interagem dentro do átomo, mas ele se aplica apenas a prótons e nêutrons.
A hipótese dos físicos em seu novo trabalho sugere que há uma interação do tipo Yukawa entre elétrons e nêutrons. O modelo incluiria um bóson escalar, que interferiria nas transições atômicas de forma sutil, gerando as não linearidades medidas.
No entanto, efeitos ainda não totalmente modelados dentro do próprio Modelo Padrão, como a polarização nuclear, podem ser suficientes para explicar parte do desvio. Isso dificulta a afirmação definitiva de que há uma nova força.
Pode existir uma quinta força?
Há décadas os físicos especulam sobre uma possível quinta interação ainda não observada. Entretanto, evidências de sua atuação e sua compreensão ainda engatinham.
O Modelo Padrão, desenvolvido nos anos 1970, é considerado uma realização científica notável. Mesmo assim, não responde a questões fundamentais, como a existência da matéria escura no universo. Tampouco explica a assimetria entre matéria e antimatéria.
Por isso, muitos cientistas buscam pistas além do modelo atual. A espectroscopia de precisão, usada no estudo, tem se tornado uma ferramenta importante nessa investigação. Ela permite detectar pequenas anomalias que podem indicar novas partículas.
A equipe responsável pela descoberta diz que os dados reforçam limites sobre onde uma quinta força pode existir. Ainda não se pode afirmar que ela foi encontrada, mas o caminho para descobri-la foi estreitado.
Na década de 1980, houve teorias sobre antigravidade como uma quinta força. Mais tarde, surgiu a ideia da “quintessência”, relacionada à energia escura. Nenhuma delas foi comprovada, mas continuam sendo exploradas.
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