Agora estamos um passo mais perto de entender como o Universo escapou de um apocalipse de antimatéria. Cientistas do CERN encontraram indícios intrigantes de uma diferença fundamental na forma como a física lida com matéria e antimatéria.
Experimentos no Grande Colisor de Hádrons (LHC) confirmaram uma assimetria entre as versões de matéria e antimatéria de uma partícula chamada bárion.
O efeito, conhecido como violação de carga-paridade (CP), só havia sido observado anteriormente em outra família de partículas, os mésons. Já em bárions - que compõem a maior parte da matéria do Universo - essa evidência experimental é algo que físicos procuram há muito tempo.
"Isso mostra que as diferenças sutis entre matéria e antimatéria existem em uma faixa mais ampla de partículas, indicando que as leis fundamentais da física tratam bárions e antibárions de forma diferente", disse à ScienceAlert Xueting Yang, física do CERN e primeira autora do estudo.
"A assimetria entre matéria e antimatéria no Universo exige violação de CP em bárions, de modo que a descoberta é um passo-chave para testar o quão completa é a nossa teoria atual e para explorar se uma nova física pode estar escondida em lugares que ainda não examinámos com atenção suficiente."
Por que a antimatéria não apagou o Universo
Apesar do nome inquietante, a antimatéria deveria ser algo comum. A diferença principal em relação à matéria “normal” é ter carga oposta. Só que esse detalhe aparentemente pequeno faz com que, quando as duas se encontram, elas se aniquilem em uma explosão de energia.
Em teoria, o Big Bang não deveria ter favorecido uma em detrimento da outra, produzindo matéria e antimatéria em quantidades iguais. Se fosse assim, todo o conteúdo do Universo teria se destruído nos primeiros instantes de existência, e o cosmos seria um lugar profundamente vazio.
Como isso claramente não aconteceu, tudo indica que algum fator desconhecido interferiu, fazendo com que surgisse um pouco mais de matéria do que de antimatéria. Tudo o que existe hoje - de galáxias a grãos de areia - é feito dessa pequena fração que sobreviveu à aniquilação inicial.
Simetria CP e o que o Modelo Padrão prevê
Em um Universo “simples”, inverter ao mesmo tempo a carga e as coordenadas espaciais de uma partícula - em essência, trocar matéria por antimatéria - não deveria alterar o seu comportamento sob as leis da física.
Essa ideia é chamada de simetria CP e, embora já tenha sido vista como tão intocável quanto a conservação de energia, desde meados do século 20 o Modelo Padrão da física prevê algum nível de violação de CP.
"A violação de CP é um dos ingredientes essenciais necessários para explicar a assimetria entre matéria e antimatéria. No entanto, físicos estimam que a quantidade de violação de CP na natureza precisa ser muito maior do que o que é previsto pelo Modelo Padrão da física de partículas", afirmou Yang.
"Isso sugere fortemente que deve existir uma nova física além do Modelo Padrão, fornecendo fontes adicionais de violação de CP. Estudar a violação de CP em diferentes sistemas, incluindo bárions, oferece um teste importante do Modelo Padrão e pode dar pistas de nova física além dele."
O que o LHC encontrou nos bárions lambda-beleza (Λb)
Para chegar ao resultado, a equipa analisou cerca de 80.000 eventos de decaimento de partículas em dados recolhidos no LHC entre 2011 e 2018. O foco foram os bárions lambda-beleza (Λb) e os seus equivalentes de antimatéria; os pesquisadores procuraram qualquer sinal de diferença na forma como essas partículas se desintegravam.
Se a simetria CP fosse perfeita, as versões de matéria e antimatéria dessa partícula deveriam gerar os mesmos produtos de decaimento - ainda que como imagens espelhadas.
No entanto, o grupo mediu uma diferença relativa de 2,5% entre os decaimentos do bárion e do antibárion.
"Pode parecer pouco, mas os resultados são estatisticamente significativos o bastante", diz Yang. "Isso mostra que Λb e anti-Λb não decaem exatamente da mesma maneira, fornecendo uma observação de violação de CP em bárions."
Um ponto crucial é que o achado atingiu significância estatística de 5,2 sigma. Em termos práticos, isso significa que a probabilidade de o efeito observado ser fruto de flutuações aleatórias é de apenas 1 em 10 milhões.
A descoberta tem implicações importantes para a física - incluindo questões tão fundamentais quanto "por que estamos aqui?".
O que ainda falta para resolver o enigma matéria–antimatéria
Antes, chegou a existir a possibilidade de a antimatéria ser repelida pela gravidade, em vez de atraída - o que faria com que ela caísse para cima. Para verificar essa hipótese, físicos do CERN já tinham realizado testes de “queda” e concluído que a antimatéria cai para baixo, assim como a matéria comum. Nesse aspeto, não houve violação de CP.
A nova deteção, porém, indica que existe, sim, algo que faz matéria e antimatéria se desintegrarem de formas diferentes. Essa confirmação, aguardada há muito tempo, é empolgante - mas ainda não resolve o problema.
"A violação de CP observada em decaimentos de bárions - como no novo resultado do LHCb - é consistente com as previsões do Modelo Padrão, então não fornece violação de CP suficiente para solucionar o quebra-cabeça matéria–antimatéria sozinha", afirma Yang. "Mas abre uma nova janela para entender como a violação de CP se comporta no setor dos bárions, que era em grande parte inexplorado."
"Físicos estão procurando novas fontes de violação de CP, além do que o Modelo Padrão da física de partículas prevê. Descobrir essas fontes poderia levar a uma nova física."
A pesquisa foi publicada na revista Nature.
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