COMO ALGO INVISÍVEL PODE EXPLICAR UM DOS MAIORES MISTÉRIOS DOS NÊUTRONS
Um mistério de 10 segundos que intriga a física há décadas
Imagine duas formas diferentes de medir quanto tempo um nêutron livre, ou seja, fora do núcleo atômico, leva para se desintegrar. Uma delas, chamada de método do feixe (beam), observa os produtos da desintegração, como prótons. A outra, conhecida como método da garrafa (bottle), conta quantos nêutrons restam após um período de confinamento.
O problema é que essas duas técnicas fornecem resultados diferentes: o método do feixe indica que os nêutrons vivem cerca de 888 segundos, enquanto o da garrafa sugere 878 segundos. Essa discrepância de 10 segundos, embora pareça pequena, desafia a compreensão dos físicos há mais de 30 anos.
A proposta audaciosa: átomos de hidrogênio invisíveis
Recentemente, o físico Eugene Oks, da Auburn University, apresentou uma teoria inovadora que pode resolver esse enigma. Ele sugere que parte dos nêutrons não se desintegra da forma tradicional, produzindo um próton, um elétron e um antineutrino (três corpos). Em vez disso, eles podem decair em apenas dois corpos: um átomo de hidrogênio e um neutrino.
Oks vai além ao afirmar que a maioria desses átomos de hidrogênio resultantes são de um tipo “invisível”, que não interage com a luz e, portanto, não pode ser detectado por instrumentos convencionais. Ele chama essa forma de “segunda versão” do hidrogênio.
A física por trás do invisível
A base dessa teoria está em uma solução menos convencional da equação de Dirac, fundamental na mecânica quântica. Essa solução considera o tamanho finito do próton e leva a uma configuração em que o elétron está extremamente próximo ao próton, tornando o átomo de hidrogênio resultante praticamente invisível, pois não emite nem absorve luz.
Oks calcula que essa forma de decaimento de dois corpos ocorre com uma frequência cerca de 3.000 vezes maior do que se pensava anteriormente, representando aproximadamente 1% de todas as desintegrações de nêutrons. Essa taxa seria suficiente para explicar a discrepância observada entre os métodos experimentais.
Implicações cósmicas: uma nova candidata à matéria escura
A proposta de Oks não apenas oferece uma solução para o enigma do tempo de vida do nêutron, mas também sugere que esses átomos de hidrogênio invisíveis podem constituir uma forma de matéria escura bariônica, a matéria “normal” que não emite luz e compõe grande parte do universo. Isso implica que uma parte significativa da matéria escura poderia ser composta por partículas conhecidas, mas em estados não detectáveis até agora.
Testando a teoria: experimentos em andamento
Para verificar essa teoria, experimentos estão sendo conduzidos em laboratórios como o Los Alamos National Laboratory e o Forschungszentrum Jülich, na Alemanha. Esses estudos buscam separar os átomos de hidrogênio visíveis dos invisíveis, utilizando campos elétricos ou lasers para ionizar os átomos comuns e detectar os que permanecem neutros — os candidatos a matéria escura.
Conclusão: uma nova perspectiva sobre o universo
Se confirmada, a teoria de Oks pode não apenas resolver um antigo mistério da física de partículas, mas também oferecer uma nova compreensão sobre a composição do universo e a natureza da matéria escura. Essa descoberta destaca como soluções inovadoras podem surgir ao reconsiderar conceitos estabelecidos, abrindo caminho para novas fronteiras na ciência.
Referência Bibliográfica:
Oks, E. (2025). Resolution of the neutron lifetime puzzle and the conceptual design of its experimental confirmation. Nuclear Physics B, 1014, 116879. https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2025.116879
