Por Charles Q. Choi
Uma das grandes questões remanescentes sobre o nosso Universo é por que há muito mais matéria do que antimatéria. Credidos: GiroScience / Shutterstock.com
Pela primeira vez, os físicos mostraram que os átomos de antimatéria parecem emitem o mesmo tipo de luz que os átomos de matéria normal emitem quando iluminados com lasers, segundo um novo estudo.
Medidas mais precisas desta luz emitida podem descobrir pistas que ajudariam finalmente a resolver o mistério de por que há menos antimatéria do que matéria normal no universo, disseram os pesquisadores.
Para cada partícula de matéria normal, existe um anti-matéria homóloga com a mesma massa, mas com carga eléctrica oposta. As antipartículas do elétron e do próton, por exemplo, são os pósitrons e antiprótons, respectivamente.
Quando uma partícula encontra sua antipartícula, elas se aniquilam mutuamente, emitindo uma explosão de energia. Um grama de antimatéria aniquilaria um grama de matéria e iria liberar cerca de duas vezes mais energia que a bomba nuclear lançada sobre Hiroshima, Japão. (Você não tem que se preocupar com bombas de antimatéria aparecendo tão cedo; pesquisadores estão muito longe de criar qualquer coisa próxima de um grama de antimatéria.)
Permanece um mistério do porquê que há muito mais matéria do que antimatéria no universo. O Modelo Padrão da física de partículas – ainda a melhor descrição de como os blocos de construção básicos do universo se comportam – sugere que o Big Bang deve ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria.
Luz sobre a antimatéria
Os cientistas gostariam de saber mais sobre a antimatéria para ver se ela se comporta de forma diferente a partir de matéria de uma forma que poderia ajudar a resolver o enigma do porquê do universo ter tão pouca antimatéria.
Um conjunto experimentos-chave envolvem o brilho de lasers em átomos de antimatéria, que podem absorver e emitir luz – muito parecido com o que os átomos de matéria regular fazem. Se os átomos de anti-hidrogênio emitirem um espectro de luz diferente do que átomos de hidrogênio, tais diferenças espectrais poderiam produzir insights sobre outras maneiras de descobrir as diferenças entre matéria e antimatéria, disseram os pesquisadores.
Agora, pela primeira vez, os cientistas utilizaram lasers para realizar uma análise espectral de átomos de anti-hidrogênio.
“Eu gosto de chamar isso o Santo Graal da física de antimatéria”, disse o co-autor do estudo, Jeffrey Hangst, físico da Universidade de Aarhus, na Dinamarca. “Eu tenho trabalhado por mais de 20 anos para tornar isso possível, e este projeto está finalmente se concretizando depois de muitas etapas difíceis.”
Os investigadores fizeram experimentos com anti-hidrogênio, que é o átomo de antimatéria mais simples, tal como o átomo de hidrogênio, que é o mais simples de matéria normal. Átomos de anti-hidrogênio são, cada um, compostos por um antipróton e um pósitron.
Criar antimatéria o suficiente para que os investigadores examinem provou altamente desafiador. Para criar átomos de anti-hidrogênio, os pesquisadores misturaram nuvens de cerca de 90.000 antiprótons com nuvens de cerca de 1,6 milhões pósitrons (ou antielétrons), produzindo cerca de 25.000 átomos de anti-hidrogênio por tentativa, usando o aparelho de alfa-2, que é um sistema de aprisionamento e geração de antimatéria, localizado na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), na Suíça.
Depois que os pesquisadores criaram os átomos de anti-hidrogênio, “você tem de segurá-los, e isso é muito difícil”, disse Hangst. O anti-hidrogênio é eletricamente neutro, o que significa que não pode ser mantido no lugar usando campos elétricos”, e você tem que mantê-lo longe da matéria, por isso tem que ser mantido em alto vácuo”, disse ele. Além disso, ao manter a antimatéria em temperaturas próximas do zero absoluto (menos 459.67 graus Fahrenheit, ou menos 273,15 graus Celsius), os movimentos dos átomos de anti-hidrogênio ficam mais lentos e, assim, eles ficam mais fáceis de segurar.
Os pesquisadores prenderam átomos de anti-hidrogênio em campos magnéticos muito fortes. “Agora podemos armazenar cerca de 15 átomos de anti-hidrogênio em um dado momento”, disse Hangst.
Em seguida, ele emitiram um laser sobre o anti-hidrogênio, o que fez com que os átomos emitissem luz. Os cientistas, em seguida, mediram o espectro da luz do anti-hidrogênio com uma precisão de cerca de algumas peças em 10^-10 ou seja, um 1 com 10 zeros à esquerda. Em comparação, os pesquisadores atualmente podem medir essas propriedades de hidrogênio a uma precisão de poucas partes em 10^15. “Queremos medir anti-hidrogênio com a mesma precisão que o hidrogênio, e não vemos razão por que não podemos fazer isso no futuro”, disse Hangst.
Os espectros de luz de hidrogênio e anti-hidrogênio podem ser parecidos.
No entanto, a medição do anti-hidrogênio com maior precisão pode, em última análise, revelar diferenças entre matéria e antimatéria que poderiam resolver o mistério da antimatéria em falta e levar a mudanças revolucionárias no Modelo Padrão. “Este é um trabalho que realmente pode mudar o jogo”, disse Hangst.
Os cientistas detalharam suas descobertas on-line em 19 de dezembro na revista Nature.
Artigo original [Livescience]