A partícula X17 (bóson X17) é uma partícula subatômica hipotética proposta por Attila Krasznahorkay e seus colegas para explicar certos resultados de medições anômalos; estas medições anômalas são conhecidas como anomalia ATOMKI, anomalia do berílio (8Be) ou anomalia X17. A partícula foi proposta para explicar os ângulos amplos observados nas trajetórias de partículas produzidas durante uma transição nuclear de núcleos de berílio-8 e em núcleos de hélio. A partícula X17 poderia ser o portador da força para uma postulada quinta força, possivelmente conectada com a matéria escura, e foi descrita como um bóson vetorial protófobo (ou seja, que ignora prótons) com massa próxima a — que é cerca de 33 vezes mais pesado que um elétron, mas ainda muito leve para um bóson. É daí que vem o nome "X17".
A hipótese se originou de observações de trajetórias de amplo ângulo inesperadas em pares elétron-pósitron () produzidos durante as transições nucleares de núcleos excitados de Berílio-8. Comportamento ressonante semelhante foi posteriormente relatado pela mesma equipe em experimentos envolvendo núcleos de Hélio-4 e Carbono-12. Se confirmada, a partícula X17 poderia representar o portador da força para uma até então desconhecida quinta força da natureza, frequentemente descrita em modelos teóricos como um bóson vetorial "protófobo" (que ignora prótons).
Como a partícula X17 não é prevista pelo Modelo Padrão da física de partículas, sua existência exigiria extensões significativas às teorias físicas atuais. Ela tem gerado interesse substancial como um potencial "portal" para o setor escuro, oferecendo um possível candidato para interações da matéria escura e uma potencial solução para outros mistérios da física, como o momento magnético anômalo do múon.
Vários experimentos independentes em todo o mundo — como o experimento NA64 no CERN, o experimento MEG II no Instituto Paul Scherrer e o experimento PADME nos Laboratori Nazionali di Frascati — têm procurado evidências da partícula X17, com dados recentes impondo restrições cada vez mais rigorosas sobre suas propriedades permitidas.
História Em 2015, Krasznahorkay e seus colegas no ATOMKI, o Instituto Húngaro de Pesquisa Nuclear, postularam a existência de um novo bóson leve com massa de cerca de (cerca de 33 vezes mais pesado que o elétron). Numa tentativa de encontrar um fóton escuro, a equipe disparou prótons em alvos finos de lítio-7, que criaram núcleos de berílio-8 em um estado excitado, que então decaíram para o estado fundamental e produziram pares de elétrons e pósitrons. Decaimentos em excesso foram observados num ângulo de abertura de 140° entre as partículas e e numa energia combinada de aproximadamente . Isto indicava que uma pequena fração do berílio-8 excitado poderia perder seu excesso de energia na forma de uma nova partícula. O resultado foi reproduzido com sucesso pela equipe.
Feng et al. (2016) propuseram que um bóson X "protófobo", com massa de , que suprime acoplamentos a prótons em relação a nêutrons e elétrons na faixa de femtômetros, poderia explicar os dados. A força poderia explicar a anomalia do − 2 do múon e fornecer um candidato a matéria escura. , vários experimentos de pesquisa estão em andamento para tentar validar ou refutar esses resultados.
Krasznahorkay (2019) publicou um preprint anunciando que ele e sua equipe no ATOMKI haviam observado com sucesso as mesmas anomalias no decaimento de átomos estáveis de hélio, como haviam sido observadas no berílio-8, fortalecendo o caso para a existência da partícula X17.
Isto foi coberto pelo jornalismo científico, focando amplamente nas implicações que a existência da partícula X17 e uma quinta força correspondente teriam na busca por matéria escura.
Em 2021, foi realizado o workshop "Shedding light on X17" no Centro Enrico Fermi em Roma, Itália. O workshop discutiu a anomalia ATOMKI, sua interpretação teórica e experimentos futuros para confirmá-la e explicá-la. Um dos experimentos que planeja repetir o experimento original de lítio-berílio do ATOMKI é o MEG II no Instituto Paul Scherrer; a medição estava planejada (em 2021) para ser concluída em 2022. Também a instalação Tandem Van de Graaff de 6 MV (6 megavolts) da Universidade de Montreal em Montreal tem um experimento que tenta reproduzir a medição do ATOMKI; a coleta de dados deve ocorrer no início de 2023.
Em 2022, outro preprint foi publicado por Krasznahorkay et al. apoiando a hipótese da partícula X17.
O Experimento NA64 do CERN e o Experimento NA62 relataram em 2021 e 2023 respectivamente os resultados de buscas realizadas que impuseram limites rigorosos para a existência da partícula X17.
No início de 2023, o experimento MEG II realizou sua replicação do experimento de lítio-berílio do ATOMKI; em janeiro de 2024, os resultados ainda não foram publicados (embora as medições tenham sido feitas no início de 2023). Em setembro de 2024, a análise dos resultados das medições foi concluída, mas um artigo não foi publicado.
Numa apresentação numa conferência em junho de 2025, um membro da colaboração do experimento MEG II descreveu os resultados das buscas da partícula X17 da seguinte forma (citação verbatim):
Os resultados das buscas do MEG II são descritos no artigo:
Em 2023, o grupo ATOMKI expandiu suas descobertas, relatando a observação da anomalia X17 no decaimento da Ressonância Gigante de Dipolo do Berílio-8, sugerindo que a partícula pode ser criada tanto em transições de estado fundamental quanto de estado excitado. Além disso, no início de 2024, um grupo de pesquisa independente da Universidade VNU de Ciências no Vietnã afirmou ter replicado com sucesso a anomalia original do Berílio-8 do ATOMKI. Utilizando um tipo diferente de espectrômetro de pares elétron-pósitron de dois braços, a equipe relatou ter confirmado a presença da anomalia, marcando o primeiro grande apoio observacional independente para o sinal.
Exploração
Acredita-se que a partícula X17 seja um novo bóson neutro leve com massa de aproximadamente 17 MeV/c2. O spin e a paridade exatos da partícula continuam sendo objeto de intenso debate entre os físicos teóricos. Vários modelos fenomenológicos propuseram o X17 como uma partícula vetorial, axial-vetorial ou pseudoescalar para se manter consistente tanto com as anomalias cinemáticas observadas quanto com as restrições rigorosas impostas por dados históricos de aceleradores.
Trabalhos teóricos recentes também exploraram a possibilidade de que a partícula X17 possua acoplamentos quirais a quarks. Esta estrutura quiral produz naturalmente acoplamentos vetoriais e axial-vetoriais — semelhantes às interações fracas do Modelo Padrão — o que pode ajudar a reconciliar os sinais relatados do ATOMKI com outros limites experimentais.
Teórico Como um bóson de 17 MeV não é previsto pelo Modelo Padrão, sua existência exigiria a introdução de novas estruturas físicas. As duas categorias principais de teorias são extensões "além do modelo padrão" (BSM) e novas interpretações de fenômenos quânticos existentes.
Quinta força A interpretação BSM mais proeminente postula que a partícula X17 atua como um bóson de calibre portador de força para uma hipotética quinta força da natureza. Os primeiros modelos descreviam isso como uma força "protófoba", o que significa que a partícula X17 se acoplaria preferencialmente a nêutrons e elétrons, enquanto ignoraria amplamente os prótons.
Setor escuro Além disso, o X17 tem sido amplamente hipotetizado como um mediador "portal" entre a matéria comum e um setor escuro oculto. Nestas estruturas, o X17 poderia desempenhar um papel crucial nas interações térmicas e nos decaimentos de candidatos a matéria escura.
Teoria do méson QED Uma abordagem teórica alternativa argumenta que o X17 não é uma nova partícula elementar fundamental, mas sim uma excitação coletiva no âmbito da eletrodinâmica quântica (QED). Os proponentes desta teoria sugerem que dinâmicas desconhecidas no setor QED poderiam permitir que um quark e um antiquark leves se ligassem e se confinassem, formando um méson QED neutro altamente estável. Sob esta interpretação, os sinais anômalos de 17 MeV corresponderiam à massa invariante deste estado composto, em vez de um novo portador de força fundamental.
Ceticismo , o artigo do ATOMKI descrevendo a partícula não foi revisado por pares e, portanto, deve ser considerado preliminar. No final de 2019, um artigo de acompanhamento foi publicado na Acta Physica Polonica B. Os esforços do CERN e de outros grupos para detectar independentemente a partícula não tiveram sucesso até agora.
O grupo ATOMKI havia reivindicado a descoberta de várias outras partículas novas em 2016, mas abandonou essas reivindicações posteriormente, sem uma explicação do que causou os sinais espúrios. O grupo também foi acusado de escolha seletiva de resultados que apoiam novas partículas, enquanto descarta resultados nulos.
A partícula X17 não é consistente com o Modelo Padrão, portanto sua existência precisaria ser explicada por outra teoria.
Vários experimentos dedicados testaram recentemente a hipótese do X17. No final de 2024, a colaboração MEG II no Instituto Paul Scherrer publicou os resultados de uma coleta de dados dedicada de quatro semanas utilizando um espectrômetro magnético. Investigando a mesma reação que o ATOMKI, o MEG II não encontrou nenhum sinal significativo para a partícula X17, estabelecendo novos limites rigorosos em suas razões de ramificação. Por outro lado, o experimento Positron Annihilation into Dark Matter Experiment (PADME) no Laboratório Nacional de Frascati realizou uma varredura de ressonância altamente direcionada em 2025. Ao disparar um feixe de pósitrons em um alvo fixo e variar a energia do centro de massa entre 16,4 e 17,4 MeV, eles procuraram a produção ressonante direta do X17 (). A colaboração utilizou uma análise "cega" para evitar viés do pesquisador. Ao revelar os dados, eles relataram um excesso moderado de eventos em aproximadamente 16,90 MeV, que se alinha estreitamente com a massa esperada do X17, embora atualmente permaneça com uma significância estatística moderada de cerca de 2 desvios padrão.
Modelos teóricos em evolução
O debate teórico mudou. Modelos anteriores assumiam que o X17 era um simples "fóton escuro" (um bóson vetorial), mas novas restrições forçaram os teóricos a desenvolver modelos mais complexos.A estrutura teórica para explicar o sinal X17 evoluiu significativamente à medida que novas restrições de experimentos de física de partículas surgiram.
Acoplamentos Quirais e Axial-Vetoriais: Análises dos dados do Carbono-12 desfavoreceram fortemente um cenário puramente de bóson "vetorial". Em vez disso, os teóricos propõem que, se o X17 é uma partícula de spin 1, ele provavelmente possui acoplamentos "quirais" ou "axial-vetoriais" a quarks e léptons — semelhantes à força fraca do Modelo Padrão — para evitar os limites rigorosos estabelecidos por experimentos de decaimento de píons.
A Hipótese do Méson QED: Uma abordagem teórica alternativa argumenta que o X17 não é uma nova partícula fundamental pertencente a um "setor escuro". O físico Cheuk-Yin Wong propôs que o sinal de 17 MeV representa um "estado confinado" da Eletrodinâmica Quântica (QED) até então não observado — essencialmente um méson QED isoescalar.
Conexões com Outras Anomalias: Alguns teóricos sugerem que um bóson vetorial X17 com acoplamentos quirais específicos poderia explicar simultaneamente as anomalias do ATOMKI, a anomalia de longa data do do múon e o deslocamento de Lamb muônico.
Ver também Áxion Lista de partículas Excesso de 750 GeV em diphoton
Referências