Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, da Universidade Hebraica de Jerusalém e da Universidade do estado de Ohio realizaram recentemente um estudo examinando os possa­veis efeitos de uma transição de fase de primeira ordem em um setor escuro confinante com quarks escuros pesados. Usando simulações de computador, eles mostraram que em vários cenários, essa transição poderia levar a uma redução considera¡vel na abunda¢ncia de matéria escura. Os resultados de suas análises foram publicados na Physical Review Letters .

"Nosso trabalho se baseia em um corpo de literatura que estãoinvestigando as transições de fase confinantes no universo inicial, a partir de um artigo seminal de Edward Witten ", disse Juri Smirnov, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Phys.org. "Quando Witten escreveu seu artigo, a dina¢mica das teorias não abelianas não era tão bem compreendida como hoje, um desenvolvimento que se deve a muitos avanços na computação de alto desempenho."

Embora o cena¡rio descrito por Witten em seu artigo não seja aplica¡vel a  força forte descrita pelo modelo padra£o, um setor de matéria escura que contanãm exclusivamente quarks pesados ​​teoricamente se comportaria da maneira que ele descreveu em seu trabalho. No entanto, estudos anteriores observando setores escuros de quarks pesados negligenciaram os efeitos das transições de fase, o que acabou levando a conclusaµes incorretas.

Essa lacuna na literatura inspirou Smirnov e seus colegas a realizar um novo estudo que examinou especificamente os possa­veis efeitos de uma transição de fase de primeira ordem em um setor escuro de quark pesado. Seu trabalho foi possibilitado pelo surgimento de ferramentas de simulação que antes não estavam dispona­veis.

"O fato de que dados de simulações computacionais (QCD de rede) das chamadas teorias glua´nicas estãoagora disponí­veis nos permitiu usar manãtodos da termodina¢mica para entender o que aconteceria qualitativamente em tal sistema", disse Smirnov. "Usando as quantidades de calor de entrada liberadas por unidade de volume, bem como a tensão superficial da parede da bolha, pudemos descrever como as bolhas da fase confinada (a que éenergeticamente favorecida) se nuclearam e se expandiram, ocupando todo o Espaço."

Usando simulações de teorias glua´nicas, Smirnov e seus colegas foram capazes de mostrar que em uma ampla classe de cenários, especificamente onde a matéria escura tem vida longa devido a uma quantidade conservada (o chamado número ba¡rion escuro), uma redução significativa no abunda¢ncia de matéria escura éinevita¡vel. Isso normalmente levaria a massas de matéria escura ordens de magnitude maiores do que o previsto anteriormente.

"Nossas descobertas sugerem que podemos precisar repensar as estratanãgias de busca para taispartículas pesadas", disse Smirnov. "Nossos ca¡lculos são muito gerais e dependem apenas fracamente dos detalhes da teoria, como, por exemplo, o tipo exato de interação de matéria escura e matéria visível."

Curiosamente, o mecanismo revelado pelos pesquisadores também se aplica a diferentes cenários relacionados ao que examinaram. Mais especificamente, ele também pode ser aplicado a casos em que objetos compactos escuros podem se formar. Essa possibilidade foi explorada em um artigo de outra equipe de pesquisadores da Universidade de Pisa , que se baseou neste trabalho recente.

A pesquisa pode, portanto, servir de base para novos estudos explorando as transições de fase em setores escuros de quarks pesados ​​e em outros cenários relacionados. Em seus pra³ximos estudos, os pesquisadores planejam investigar o confinamento de setores escuros com quarks pesados, explorando particularmente como a interação entre baraµes escuros epartículas conhecidas pode se parecer. Os resultados desses trabalhos podem, em última análise, abrir caminho para o desenvolvimento de estratanãgias alternativas para a busca de matéria escura.

"Nosso trabalho, ao prever matéria escura muito pesada, nos permite fazer a seguinte pergunta: e se a matéria escura não interagir fracamente com nosso mundo, mas apenas raramente?" Disse Smirnov. "Em outras palavras, se aspartículas de matéria escura fossem muito pesadas, seriam difa­ceis de encontrar, são porque sua densidade numanãrica no universo ébaixa, mesmo que sua interação com a nossa matéria fosse substancial. Essa questãopode levar a diferentes estratanãgias de pesquisa, como detectores de matéria escura baseados nasuperfÍcie ou no espaço , em vez de buscas subterra¢neas, pois aspartículas de interação suficientemente forte não alcana§ariam os detectores subterra¢neos a uma velocidade grande o suficiente para disparar um sinal. "