Sistema de Submissão de Resumos, I Encontro de Iniciação Científica - 2011 (ENCERRADO)

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A matéria escura vista como um condensado de Bose-Einstein
Marcelo Oliveira da Costa Pires, André Manzoni Lima

Última alteração: 2011-09-11

Resumo


Observações de curvas de rotação de galáxias espirais indicam uma evidência de uma quantidade considerável de matéria não interagente com o campo eletromagnético e, portanto, não observada por instrumentos ópticos. Essa matéria, conhecida como matéria escura, permite aos cientistas conjecturarem sobre sua constituição, estrutura e, com isso, métodos de detecção em experimentos terrestres.

Das várias conjecturas para a matéria escura, vamos considerá-la como sendo um gás de partículas fracamente interagentes conhecida como WIMPs (Weakly interacting massive particles).

Nas condições de baixíssima densidade e temperatura do gás é possível obter uma transição quântica, conhecida como condensação de Bose-Einstein, na qual as partículas ocupam em número macroscópico o estado fundamental do sistema.

 

Obtivemos uma relação entre valores característicos de galáxias espirais (como o raio, a massa e a velocidade tangencial de estrelas na borda dessa galáxia) e valores característicos de partículas bosônicas de um gás quântico (como a massa da partícula e seu comprimento de espalhamento). O exemplo tomado mostra que, para uma partícula com comprimento de espalhamento semelhante aos dos constituintes de condensados obtidos em experimentos terrestres, a sua massa foi estimada como sendo m ≈ 1,21 eV, muito menor que as massas de partículas bosônicas com existência confirmada, e comparável a massa do axion.

Consideramos, ainda, os WIMP's sendo partículas de spin 1. Esse aumento de graus de liberdade permite uma maior variedade de valores para o ajuste dos parâmetros. Como exemplo, tomamos os comprimentos de espalhamento obtidos em experimentos de condensados de Bose-Einstein spinoriais de sódio. Usando as equações que relacionam a massa do WIMP com o raio e a massa da galáxia, obtivemos m ≈ 2,03 eV. Assim, ao considerar os WIMP's como partículas de spin 1 e a matéria escura em uma fase antiferromagnética ou polar, obtivemos uma massa maior que a massa para partículas de spin 0. Sendo assim, a conclusão de que os áxions, partículas de spin 0, são os melhores candidatos a matéria escura, supondo que tal se encontra no estado de condensado de Bose-Einstein, se mostra mais apropriada.