Os cientistas fizeram a medição mais precisa da antimatéria até agora, e os resultados apenas aprofundam o mistério do porquê a vida, o universo e tudo o que existe nele.
As novas medições mostram que, com um nível incrivelmente alto de precisão, antimatéria e matéria se comportam de forma idêntica.
No entanto, essas novas medidas não podem responder a uma das maiores questões da física: por que, se partes iguais de matéria e antimatéria foram formadas durante o Big Bang, nosso universo hoje é composto de matéria?
Universo em equilíbrio
Nosso universo é baseado no equilíbrio de opostos. Para todo tipo de partícula "normal", feita de matéria, existe uma antipartícula conjugada da mesma massa que tem a carga elétrica oposta produzida ao mesmo tempo. Os elétrons têm antielétrons opostos, ou pósitrons; prótons têm antiprótons; e assim por diante.
Quando as partículas de matéria e antimatéria se encontram, no entanto, elas se aniquilam, deixando apenas a energia restante para trás. Os físicos postulam que deveria haver quantidades iguais de matéria e antimatéria criadas pelo Big Bang, e cada uma teria assegurado a destruição mútua da outra, deixando um universo bebê desprovido de elementos essenciais da vida (ou qualquer coisa, na verdade). No entanto, aqui estamos nós, em um universo composto quase totalmente de matéria.
Mas aqui está o pontapé inicial: não conhecemos nenhuma antimatéria primordial que saiu do Big Bang. Então, por que - se a antimatéria e a matéria se comportam da mesma maneira - um tipo de matéria sobreviveu ao Big Bang e o outro não?
Uma das melhores maneiras de responder a essa pergunta é medir as propriedades fundamentais da matéria e sua antimatéria conjugada da maneira mais precisa possível e comparar esses resultados, disse Stefan Ulmer, físico de Riken em Wako, Japão, que não estava envolvido no novo pesquisa. Se houver um ligeiro desvio entre as propriedades da matéria e as propriedades correlatas da antimatéria, essa poderá ser a primeira pista para resolver a maior unidade de física da física. (Em 2017, os cientistas descobriram algumas pequenas diferenças na maneira como alguns parceiros de antimatéria se comportam, mas os resultados não foram estatisticamente fortes o suficiente para contar como uma descoberta.)
Mas se os cientistas querem manipular a antimatéria, eles precisam fazê-lo meticulosamente. Nos últimos anos, alguns físicos começaram a estudar o anti-hidrogênio, ou a contrapartida da antimatéria do hidrogênio, porque o hidrogênio é "uma das coisas que entendemos melhor no universo", disse ao Live Science o co-autor do estudo Jeffrey Hangst, físico da Universidade de Aarhus, na Dinamarca. . Produzir anti-hidrogênio normalmente envolve a mistura de 90.000 anti-prótons com 3 milhões de pósitrons para produzir 50.000 átomos de anti-hidrogênio, dos quais apenas 20 são capturados com ímãs em um tubo cilíndrico de 11 polegadas de comprimento (28 centímetros) para estudo adicional.
Agora, em um novo estudo publicado hoje (4 de abril) na revista Nature, a equipe da Hangst alcançou um padrão sem precedentes: eles fizeram a medição mais precisa do anti-hidrogênio - ou de qualquer tipo de antimatéria - até o momento. Em 15.000 átomos de anti-hidrogênio (pense em fazer o processo de mistura mencionado por cerca de 750 vezes), eles estudaram a frequência da luz que os átomos emitem ou absorvem quando saltam de um estado de energia mais baixo para um mais alto.
As medições dos pesquisadores mostraram que os níveis de energia dos átomos de hidrogênio e a quantidade de luz absorvida concordavam com seus equivalentes de hidrogênio, com uma precisão de 2 partes por trilhão, melhorando drasticamente a precisão da medição anterior, na ordem de partes por bilhão.
"É muito raro que os experimentalistas consigam aumentar a precisão pelo fator de 100", disse Ulmer à Live Science. Ele acha que, se a equipe da Hangst continuar o trabalho por mais 10 a 20 anos, eles poderão aumentar seu nível de precisão na espectroscopia de hidrogênio por um fator adicional de 1.000.
Para Hangst - o porta-voz da colaboração da ALPHA na Organização Européia de Pesquisa Nuclear (CERN), que produziu esses resultados - essa conquista levou décadas.
Prender e segurar a antimatéria foi um feito importante, disse Hangst.
"Vinte anos atrás, as pessoas pensavam que isso nunca iria acontecer", disse ele. "É um tour de force experimental ser capaz de fazer isso."
Os novos resultados são muito impressionantes, disse Michael Doser, físico do CERN que não estava envolvido no trabalho, disse à Live Science por e-mail.
"O número de átomos presos nessa medição (15.000) é uma grande melhoria nos registros próprios de apenas alguns anos atrás", disse Doser.
Então, o que a medição mais precisa da antimatéria nos diz? Infelizmente, não muito mais do que já sabíamos. Como esperado, hidrogênio e anti-hidrogênio - matéria e antimatéria - se comportam de forma idêntica. Agora, sabemos que eles são idênticos na medição de partes por trilhão. No entanto, Ulmer disse que a medição de 2 partes por trilhão não descarta a possibilidade de que algo esteja se desviando entre os dois tipos de matéria em um nível ainda maior de precisão que até agora desafiou a medição.
Quanto a Hangst, ele está menos preocupado em responder à pergunta de por que nosso universo de matéria existe como existe sem antimatéria - o que ele chama de "o elefante na sala". Em vez disso, ele e seu grupo querem se concentrar em fazer medições ainda mais precisas e em explorar como a antimatéria reage com a gravidade - ela cai como matéria normal ou pode cair?
E Hangst acha que esse mistério pode ser resolvido antes do final de 2018, quando o CERN será desligado por dois anos para atualizações. "Temos outros truques na manga", disse ele. "Fique ligado."
