A matéria escura é responsável por 85% do conteúdo de massa do universo. Os pesquisadores a chamam de “escura” porque não notamos nada sobre ela – exceto por sua gravidade. No entanto, ela pode ser detectada bastante bem. Sem a matéria escura, as galáxias se moveriam de forma diferente do que demonstram, e o Universo teria uma estrutura diferente. Os físicos precisam do Dumkle materie assim, a fim de explicar o cosmos. Pena que eles ainda não saibam em que consiste. Há candidatos a ela: MACHOs (objetos compactos maciços de auréola), por exemplo, WIMPs (partículas maciças com fraca interação) e até mesmo buracos negros invisíveis desde os primeiros dias do universo. Mas nenhum dos candidatos ainda foi detectado com espécimes suficientes para explicar a matéria negra.

Agora o axioma entra em jogo. Embora não seja um WIMP no sentido estrito, o axiônio também interage apenas de forma fraca com a matéria normal. Ele penetra na terra sem problemas. Em 1978, ele foi proposto como uma nova partícula elementar porque os cientistas estavam procurando uma explicação para o porquê do spin (momento angular) de um nêutron não se precipite ou “oscilar” em um campo elétrico. De acordo com a teoria, é o axioma que suprime esta precessão no nêutron.

Poderia ser também um candidato à matéria escura? De fato – se ele tiver a massa certa. As primeiras tentativas de detectar os axiomas foram feitas já nos anos 80. Usando as equações da teoria bem revisada das interações de partículas fundamentais, conhecida como Modelo Padrão, e a teoria do Big Bang, o Modelo Cosmológico Padrão, é realmente possível calcular a massa exata do axiônio. Mas as equações são tão complicadas que até agora só estão disponíveis estimativas muito variadas da massa do axioma, variando de alguns μeV a 500 μeV. Os axions são pesquisados usando cavidades de microondas, que são basicamente receptores de rádio sofisticados. Entretanto, isto requer a tentativa de encontrar, através de milhões de canais de freqüência, aquele que (de acordo com a equivalência massa-energia de Einstein) corresponde à massa do axiônio.

Até agora, ninguém encontrou o axioma desta forma. Será porque se procura na área errada? Isso é o que os novos resultados agora publicados na Nature Communications sugerem. Usando novos métodos computacionais, uma equipe internacional simulou o tempo em que os axions deveriam ter sido criados, ou seja, pouco depois que o universo entrou em sua fase inflacionária cerca de 10-35 s após o Big Bang. Esta fase de enorme expansão durou até um tempo entre 10-33 s e 10-30 s após o Big Bang. A cerca de 10-27 s, os axiomas podem ter surgido. Simulação no Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa do Berkeley Lab (NERSC) revelou que a massa do axiônio é mais que o dobro da massa anteriormente pensada por teóricos e experimentadores: entre 40 e 180 microeletrões (micro-eV ou μeV), ou cerca de um décimo bilionésimo da massa do elétron. Há evidências de que a massa está próxima a 65 μeV.

“Melhoramos a gama dinâmica de nossas simulações de axiônio em mil vezes em comparação com trabalhos anteriores e resolvemos uma questão de 40 anos sobre massa de axiônio e cosmologia de axiônio”, diz Benjamin Safdi da Universidade da Califórnia, Berkeley. O novo valor também significa que o tipo de experimento mais comum até hoje para detectar estas partículas elusivas – uma câmara de ressonância de microondas com um forte campo magnético no qual os cientistas esperam detectar a conversão de um axiônio em uma onda eletromagnética fraca – não é eficaz, não importa o quanto se tente otimizar o experimento. Isso porque a câmara teria que ser menor que alguns centímetros para detectar a onda de maior freqüência de um axiônio mais pesado, disse Safdi. Mas esse volume seria muito pequeno para capturar axiomas suficientes para que o sinal superasse o ruído.

Mas há boas notícias, também: Um tipo mais novo de experimento que procura por excitações de axiônio em um metamaterial – um plasma de estado sólido – deveria ser sensível a uma partícula de axiônio desta massa e poderia potencialmente detectá-la.