Estamos mais perto de perceber como o Universo escapou a uma catástrofe de antimatéria. Investigadores do CERN encontraram indícios muito sugestivos de que as leis da física não tratam matéria e antimatéria de forma totalmente equivalente.
Ensaios realizados no Grande Colisor de Hadrões (LHC) confirmaram uma assimetria entre matéria e antimatéria em versões de uma partícula conhecida como bárion.
Trata-se de uma violação de carga-paridade (CP), um efeito que, até agora, só tinha sido observado noutro grupo de partículas: os mésons. Obter evidência experimental em báriões - que constituem a maior parte da matéria do Universo - era algo que os físicos procuravam há muito.
"Mostra que as diferenças subtis entre matéria e antimatéria existem numa gama mais ampla de partículas, indicando que as leis fundamentais da física tratam báriões e antibáriões de forma diferente", disse à ScienceAlert Xueting Yang, física do CERN e primeira autora do estudo.
"A assimetria matéria-antimatéria no Universo exige violação de CP em báriões, pelo que a descoberta é um passo decisivo para testar quão completa é a nossa teoria actual e para explorar se poderá haver nova física escondida em zonas que ainda não examinámos com atenção suficiente."
Como o LHCb mediu a violação de CP em báriões Λb
Para chegar a este resultado, a equipa estudou cerca de 80,000 eventos de decaimento de partículas em dados recolhidos no LHC entre 2011 e 2018. A análise centrou-se em partículas chamadas báriões lambda-b (Λb) e nas suas contrapartes de antimatéria, procurando qualquer sinal de diferença no modo como se desintegram.
Se a simetria CP se mantivesse, as versões de matéria e de antimatéria deveriam decair para os mesmos produtos - ainda que em imagem-espelho.
No entanto, os investigadores observaram uma diferença relativa de 2.5 percent entre os decaimentos do bárion e do antibárion.
"Pode parecer pouco, mas os resultados são estatisticamente significativos", afirma Yang. "Mostra que Λb e anti-Λb não decaem exactamente da mesma forma, fornecendo uma observação de violação de CP em báriões."
O aspecto decisivo é que a medição atingiu uma significância estatística de 5.2 sigma. Isto significa que a probabilidade de o efeito observado resultar de flutuações aleatórias é de apenas 1 em 10 milhões.
A descoberta tem consequências importantes para a física - incluindo questões tão fundamentais como "porque é que estamos aqui?".
O que é a simetria CP e porque interessa para matéria e antimatéria
Apesar do nome inquietante, a antimatéria deveria ser algo banal. A diferença essencial face à matéria comum é ter carga oposta. Mas esse detalhe aparentemente pequeno faz com que, quando ambas se encontram, se aniquilem numa libertação de energia.
Em teoria, o Big Bang não deveria ter favorecido um lado, produzindo matéria e antimatéria em quantidades iguais. Se assim tivesse sido, todo o conteúdo do Universo deveria ter-se destruído nos primeiros instantes, deixando um cosmos profundamente vazio.
Como isso claramente não aconteceu, tudo indica que algum factor desconhecido interveio, levando à criação de um pouco mais de matéria do que de antimatéria. Tudo o que existe hoje - de galáxias a grãos de areia - é feito dessa pequena fracção que sobreviveu à aniquilação inicial.
Num Universo simples, inverter a carga e as coordenadas espaciais de uma partícula - em termos práticos, trocar matéria por antimatéria - não deveria alterar o seu comportamento perante as leis da física.
Esta ideia chama-se simetria CP e, embora tenha sido em tempos vista como tão inalterável quanto a conservação de energia, desde meados do século XX que 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 matéria-antimatéria. No entanto, os físicos estimam que a quantidade de violação de CP na natureza tem de ser muito maior do que a prevista pelo Modelo Padrão da física de partículas", disse Yang.
"Isto sugere fortemente que tem de existir nova física para além do Modelo Padrão, fornecendo fontes adicionais de violação de CP. Estudar a violação de CP em sistemas diferentes, incluindo báriões, é um teste importante ao Modelo Padrão e pode oferecer pistas sobre nova física para lá dele."
O que esta assimetria no CERN pode (e não pode) explicar
Houve, por exemplo, a hipótese de a antimatéria poder ser repelida pela gravidade em vez de atraída - o que significaria cair para cima. Para verificar essa possibilidade, físicos do CERN realizaram anteriormente testes de "queda" e concluíram que a antimatéria cai para baixo, tal como a matéria comum. Nesse aspecto, não se observou violação de CP.
Ainda assim, a nova detecção mostra que existe algo que faz com que matéria e antimatéria se desintegrem de modos diferentes. Esta confirmação, há muito aguardada, é empolgante - mas não resolve tudo.
"A violação de CP observada em decaimentos de báriões - como no novo resultado do LHCb - é consistente com as previsões do Modelo Padrão, pelo que não fornece violação de CP suficiente para, por si só, resolver o enigma matéria-antimatéria", diz Yang. "Mas abre uma nova janela para compreender como a violação de CP se comporta no sector dos báriões, que estava em grande medida por explorar."
"Os físicos procuram novas fontes de violação de CP, para além do que o Modelo Padrão da física de partículas prevê. Descobrir essas fontes poderá conduzir a nova física."
A investigação foi publicada na revista Nature.
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