Pesquisadores impõem novas restrições a bósons Z’ candidatos à matéria escura

Pesquisadores da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, em parceria com o Instituto Helmholtz de Mainz e o Cluster de Excelência PRISMA++, examinaram interações até então inexploradas entre elétrons e núcleos atômicos.

O grupo liderado por Konstantin Gaul, Lei Cong e Dmitry Budker concluiu que partículas de matéria escura podem mediar essas forças desconhecidas. O estudo utilizou medições de alta precisão em moléculas de monofluoreto de bário para impor novas restrições sobre interações mediadas por bósons Z’.

Essas partículas hipotéticas surgem como candidatas viáveis à matéria escura em modelos que estendem o Modelo Padrão da física. Konstantin Gaul afirmou que a investigação preenche uma lacuna relevante na compreensão de forças entre elétrons e núcleos atômicos.

Os pesquisadores exploraram territórios que experimentos laboratoriais anteriores e observações cosmológicas não haviam abordado. A matéria visível representa apenas 5% do universo, enquanto a matéria escura responde por cerca de 27% da sua composição total.

Essa componente invisível desempenha papel decisivo na formação e evolução de galáxias e grandes estruturas cósmicas. Os cientistas recorreram ao supercomputador MOGON 2 para reanalisar dados espectroscópicos de moléculas de BaF.

A metodologia combinou de forma interdisciplinar conceitos de física atômica, molecular e nuclear. Dmitry Budker, do Instituto Helmholtz de Mainz, elogiou a contribuição de jovens teóricos como Gaul e Cong, considerando fundamental a atuação desses pesquisadores na interface entre diversas áreas da física.

Medições tradicionais em átomos de césio 133 foram comparadas ao novo método com moléculas diatômicas. As observações com BaF demonstraram precisão superior por não dependerem de modelos teóricos nucleares complexos.

Gaul explicou que moléculas polares geram um ambiente interno denso que amplifica efeitos sutis. Essa propriedade converte as moléculas em autênticos laboratórios para a busca de novas interações físicas.

Os achados indicam que experimentos futuros com moléculas diatômicas pesadas podem multiplicar a sensibilidade por um fator de 100. Essa linha de investigação molecular rivaliza agora com técnicas atômicas tradicionais na caça a partículas de matéria escura.

O artigo completo, intitulado «Constraints on New Vector Boson Mediated Electron-Nucleus Interactions from Spectroscopy Data of Polar Diatomic Molecules», foi publicado na Physical Review Letters e está disponível no portal Phys.org. A pesquisa demonstra o potencial de abordagens interdisciplinares com computação avançada para ampliar o conhecimento sobre o universo.