O elétron está tendo um momento (magnético). É um grande negócio

Na física clássica, um vácuo é um vazio total – uma verdadeira manifestação do nada. Mas a física quântica diz que o espaço vazio não é realmente vazio. Em vez disso, está repleto de partículas “virtuais” entrando e saindo da existência muito rapidamente para serem detectadas. Os cientistas sabem que essas partículas virtuais estão lá porque ajustam de forma mensurável as qualidades das partículas regulares.

Uma propriedade chave que essas partículas efervescentes mudam é o minúsculo campo magnético gerado por um único elétron, conhecido como seu momento magnético. Em teoria, se os cientistas pudessem explicar todos os tipos de partículas virtuais existentes, eles poderiam executar a matemática e descobrir exatamente como distorcido, o momento magnético do elétron deve ser de nadar neste pool de partículas virtual. Com instrumentos precisos o suficiente, eles poderiam comparar seu trabalho com a realidade. Determinar esse valor com a maior precisão possível ajudaria os físicos a descobrir exatamente quais partículas virtuais estão brincando com o momento magnético do elétron – algumas das quais podem pertencer a um setor velado de nosso universo, onde, por exemplo, reside a sempre evasiva matéria escura.

Em fevereiro, quatro pesquisadores da Northwestern University anunciaram que haviam feito exatamente isso. Seus resultados, publicados na Cartas de revisão físicarelatam o momento magnético do elétron com precisão impressionante: 14 dígitos após o ponto decimal e mais de duas vezes mais exato que a medição anterior em 2008.

Isso pode parecer ir ao mar. Mas há muito mais do que precisão matemática em jogo. Ao medir o momento magnético, os cientistas estão testando o eixo teórico da física de partículas: o modelo padrão. Como uma versão física da tabela periódica, ela é apresentada como um gráfico de todas as partículas conhecidas na natureza: as subatômicas que compõem a matéria, como quarks e elétrons, e aquelas que carregam ou medeiam forças, como glúons e fótons. O modelo também vem com um conjunto de regras sobre como essas partículas se comportam.

Mas os físicos sabem que o modelo padrão está incompleto – provavelmente faltam alguns elementos. As previsões baseadas no modelo muitas vezes não se alinham com as observações do universo real. Ele não pode explicar enigmas importantes, como como o universo inflou até seu tamanho atual após o Big Bang, ou mesmo como ele pode existir – cheio de matéria e quase ausente da antimatéria que deveria tê-lo cancelado. O modelo também não diz nada sobre a matéria escura colando as galáxias, ou a energia escura estimulando a expansão cósmica. Talvez sua falha mais flagrante seja a incapacidade de explicar a gravidade. Medições incrivelmente precisas de partículas conhecidas são, portanto, a chave para descobrir o que está faltando, porque ajudam os físicos a encontrar lacunas no modelo padrão.

“O modelo padrão é a nossa melhor descrição da realidade física”, diz Gerald Gabrielse, físico da Northwestern University, coautor do novo estudo, bem como do resultado de 2008. “É uma teoria altamente bem-sucedida, pois pode prever essencialmente tudo o que podemos medir e testar na Terra – mas entende o universo errado.”

Na verdade, a previsão mais precisa que o modelo padrão faz é o valor do momento magnético do elétron. Se o momento magnético previsto não corresponder ao que é visto em experimentos, a discrepância pode ser uma pista de que existem partículas virtuais não descobertas em ação. “Eu sempre digo que a natureza diz quais equações estão corretas”, diz Xing Fan, físico da Northwestern University que liderou o estudo como aluno de pós-graduação da Harvard University. “E a única maneira de testar isso é comparando sua teoria com o mundo real.”