“Um dos maiores mistérios da física”: O teste mais preciso do eletromagnetismo até agora

Há um problema estranho e cansativo com nossa compreensão das leis da natureza que os físicos vêm tentando explicar há décadas. Trata-se do eletromagnetismo, a lei de como os átomos e a luz interagem, o que explica tudo, desde porque não caímos no chão até porque o céu é azul.

A atual teoria do eletromagnetismo é considerada a melhor teoria física que os humanos já fizeram – mas não se tem resposta para o porquê de o eletromagnetismo ser tão forte.

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Somente experimentos podem dizer a força do eletromagnetismo, que é medida por número chamado α (também conhecido como alfa, ou a constante de estrutura fina).

O físico americano Richard Feynman, que ajudou a criar a teoria, chamou isso de “um dos maiores mistérios da física” e pediu aos físicos que “colocassem esse número na parede e se preocupassem com isso”.

Em pesquisa publicada recentemente na revista Science, os físicos decidiram testar se α é o mesmo em diferentes lugares de nossa galáxia, estudando estrelas que são quase gêmeas idênticas do nosso Sol.

Se α é diferente em lugares diferentes, isso pode nos ajudar a encontrar a teoria definitiva, não apenas do eletromagnetismo, mas de todas as leis da natureza juntas – a “teoria de tudo”.

Os físicos realmente querem uma coisa: uma situação em que nossa compreensão atual da física se desfaça. Nova física. Um sinal que não pode ser explicado pelas teorias atuais. Um poste de sinalização para a teoria de tudo.

Para encontrá-lo, eles podem esperar nas profundezas de uma mina de ouro que partículas de matéria escura colidam com cristal especial. Ou podem cuidar dos melhores relógios atômicos do mundo durante anos para ver se eles mostram um tempo ligeiramente diferente. Ou esmagar prótons juntos (quase) à velocidade da luz no anel de 27 km do Grande Colisor de Hádrons.

O problema é que é difícil saber onde procurar. As teorias atuais não podem guiar os pesquisadores. Decidiu-se olhar além da Terra, além de nosso Sistema Solar, para ver se as estrelas que são quase gêmeas idênticas do nosso Sol produzem o mesmo arco-íris de cores. Os átomos nas atmosferas das estrelas absorvem parte da luz que sai das fornalhas nucleares em seus núcleos.

Apenas certas cores são absorvidas, deixando linhas escuras no arco-íris. Essas cores absorvidas são determinadas por α – portanto, medir as linhas escuras com muito cuidado também nos permite medir α.

O problema é que as atmosferas das estrelas estão se movendo – fervendo, girando, dando voltas – e isso muda as linhas. As mudanças estragam qualquer comparação com as mesmas linhas em laboratórios na Terra e, portanto, qualquer chance de medir α. As estrelas, ao que parece, são lugares terríveis para testar o eletromagnetismo.

Mas nos perguntamos: se você encontrar estrelas muito semelhantes – gêmeas uma da outra – talvez suas cores escuras e absorvidas também sejam semelhantes. Então, em vez de comparar estrelas a laboratórios na Terra, comparamos gêmeos do nosso Sol entre si.

Uma equipe de estudantes, pesquisadores de pós-doutorado e sênior, na Swinburne University of Technology e na University of New South Wales, mediu o espaçamento entre pares de linhas de absorção em nosso Sol e 16 “gêmeas solares” – estrelas quase indistinguíveis de nosso Sol.

Os arco-íris dessas estrelas foram observados no telescópio de 3,6 metros do European Southern Observatory (ESO) no Chile. Embora não seja o maior telescópio do mundo, a luz que ele coleta é alimentada provavelmente pelo espectrógrafo mais bem controlado e mais bem compreendido: o HARPS. Isso separa a luz em suas cores, revelando o padrão detalhado de linhas escuras.

O HARPS passa muito do seu tempo observando estrelas parecidas com o Sol em busca de planetas. Com facilidade, isso forneceu exatamente os dados necessários.

A partir desses espectros requintados, mostrou-se que α era o mesmo nos 17 gêmeos solares com precisão surpreendente: apenas 50 partes por bilhão. É como comparar sua altura com a circunferência da Terra. É o teste astronômico mais preciso de α já realizado.

Infelizmente, as novas medições não quebraram a teoria favorita. Mas as estrelas estudadas estão todas relativamente próximas, a apenas 160 anos-luz de distância.

O que vem a seguir?

Recentemente, identificamos novos gêmeos solares muito mais distantes, a cerca de meio caminho do centro de nossa galáxia.

Nesta região, deve haver concentração muito maior de matéria escura – uma substância indescritível que os astrônomos acreditam estar à espreita por toda a galáxia e além.

Como α, sabe-se muito pouco sobre a matéria escura e alguns físicos teóricos sugerem que as partes internas de nossa galáxia podem ser apenas o canto escuro que devemos procurar por conexões entre esses dois mistérios da física.

Com informações de Phys.org

Imagem destacada: Gergitek Gergi Tavan/Shutterstock

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