O Modelo Padrão da física de partículas tem sido o meio predominante de explicar quais são os elementos básicos da matéria e como eles interagem por décadas. Proposto pela primeira vez na década de 1970, o modelo afirma que, para cada partícula criada, existe um antipartícula. Como tal, um mistério duradouro colocado por esse modelo é o motivo pelo qual o Universo pode existir se for teoricamente composto de partes iguais de matéria e antimatéria.
Essa aparente disparidade, conhecida como violação de paridade de carga (CP), é objeto de experimentos há muitos anos. Mas até agora, nenhuma demonstração definitiva foi feita por essa violação, ou quanta matéria pode existir no Universo sem sua contraparte. Mas, graças às novas descobertas divulgadas pela colaboração internacional Tokai-to-Kamioka (T2K), podemos estar um passo mais perto de entender por que essa disparidade existe.
Observada pela primeira vez em 1964, a violação do PC propõe que, sob certas condições, as leis de simetria de carga e simetria de paridade (também conhecidas como simetria de CP) não se aplicam. Essas leis estabelecem que a física que governa uma partícula deve ser a mesma se for trocada com sua antipartícula, enquanto suas coordenadas espaciais serão invertidas. A partir dessa observação, um dos maiores mistérios cosmológicos emergiu.
Se as leis que governam a matéria e a antimatéria são as mesmas, então por que o Universo é tão dominado pela matéria? Alternativamente, se a matéria e a antimatéria são fundamentalmente diferentes, então como isso concorda com nossas noções de simetria? Responder a essas perguntas não é apenas importante no que diz respeito às nossas teorias cosmológicas predominantes, elas também são intrínsecas ao entendimento de como funcionam as fracas interações que governam as partículas.
Fundada em junho de 2011, a colaboração internacional T2K é a primeira experiência no mundo dedicada a responder a esse mistério, estudando as oscilações de neutrinos e anti-neutrinos. O experimento começa com feixes de alta intensidade de neutrinos de múons (ou anti-neutrinos de múons) sendo gerados no Complexo de Pesquisa do Acelerador de Prótons do Japão (J-PARC), que são disparados em direção ao detector Super-Kamiokande a 295 km de distância.
Atualmente, esse detector é um dos maiores e mais sofisticados do mundo, dedicado à detecção e estudo de neutrinos solares e atmosféricos. À medida que os neutrinos viajam entre as duas instalações, eles mudam de "sabor" - passando de neutrinos de múon ou anti-neutrinos para neutrinos de elétrons ou anti-neutrinos. Ao monitorar esses feixes de neutrinos e anti-neutrinos, o experimento observa diferentes taxas de oscilação.
Essa diferença na oscilação mostraria que há um desequilíbrio entre partículas e antipartículas e, portanto, fornece a primeira evidência definitiva de violação da PC pela primeira vez. Isso também indicaria que há física além do Modelo Padrão que os cientistas ainda precisam investigar. Em abril passado, foi lançado o primeiro conjunto de dados produzido pelo T2K, que forneceu alguns resultados reveladores.
Como Mark Hartz, colaborador do T2K e professor assistente do projeto Kavli IPMU, disse em um comunicado à imprensa recente:
"Embora os conjuntos de dados ainda sejam muito pequenos para fazer uma declaração conclusiva, vimos uma preferência fraca por grandes violações de CP e estamos entusiasmados por continuar coletando dados e fazendo uma pesquisa mais sensível por violação de CP".
Esses resultados, publicados recentemente no Cartas de Revisão Física, incluem todos os dados executados entre janeiro de 2010 e maio de 2016. No total, esses dados compreenderam 7.482 x 1020 prótons (no modo neutrino), que produziram 32 eventos de neutrino eletrônico e 135 neutrino de múon e 7,471 × 1020 prótons (no modo antineutrino), que produziram 4 eventos de antineutrino e 66 neutrino de múon.
Em outras palavras, o primeiro lote de dados forneceu algumas evidências de violação de CP e com um intervalo de confiança de 90%. Mas isso é apenas o começo, e o experimento deve durar mais dez anos antes de encerrar. "Se tivermos sorte e o efeito de violação do PC for grande, podemos esperar evidências de 3 sigma, ou cerca de 99,7% de nível de confiança, para violação do PC até 2026", disse Hartz.
Se o experimento for bem-sucedido, os físicos poderão finalmente responder como é que o Universo primitivo não se aniquilou. Também é provável que ajude a revelar aspectos do Universo em que os físicos de partículas estão ansiosos para entrar! Pois aqui é provável que sejam encontradas as respostas para os segredos mais profundos do Universo, como a forma como todas as suas forças fundamentais se encaixam.
