CERN
Detalhe do Grande Colisor de Hadrões do CERN
A resposta para o mistério de como o Universo não se auto-destruiu devido à anti-matéria pode estar nos bariões beleza-lambda — que violam um princípio da física de partículas designado simetria carga-paridade.
Investigadores da colaboração Large Hadron Collider beauty (LHCb) do CERN anunciaram, na conferência anual Rencontres de Moriond, que decorreu a semana passada em La Thuile, Itália, um novo marco na nossa compreensão das diferenças subtis, mas profundas, entre matéria e antimatéria.
Na sua análise de grandes quantidades de dados produzidos pelo Grande Colisor de Hadrões (LHC), a equipa de investigadores encontrou provas irrefutáveis de que as partículas conhecidas como bariões, tais como os protões e os neutrões que constituem os núcleos atómicos, estão sujeitas a uma assimetria espelhada nas leis fundamentais da natureza que faz com que a matéria e a antimatéria se comportem de forma diferente.
A descoberta fornece novas formas de explicar porque é que as partículas elementares que constituem a matéria se enquadram nos padrões descritos pelo Modelo Padrão da física das partículas e de explorar porque é que a matéria aparentemente prevaleceu sobre a antimatéria após o Big Bang.
A descoberta centra-se numa assimetria na decomposição das partículas conhecidas como bariões e das suas contrapartes de antimatéria, explica o CERN em comunicado.
No decorrer do seu estudo, a colaboração LHCb observou a violação do chamado princípio da simetria carga-paridade num primo mais pesado e de vida curta dos protões e neutrões chamado barião beleza-lambda (Λb), que é composto por um quark up, um quark down e um quark beauty.
Os resultados do estudo foram apresentados num artigo submetido para publicação na revista Nature e estão atualmente disponíveis em pre-publicação no arXiv.
De acordo com os modelos físicos padrão, o Big Bang deveria ter produzido quantidades iguais de matéria e antimatéria, levando à sua aniquilação mútua.
No entanto, o nosso Universo está repleto de matéria, o que sugere a existência de um processo desconhecido que causou um ligeiro desequilíbrio. Este fenómeno continua a ser um dos maiores mistérios da física.
Os físicos há muito que estudam a chamada simetria carga-paridade (CP), que postula que as leis da física deveriam ser idênticas para as partículas e para os seus gémeos anti-matéria espelhados.
No entanto, experiências anteriores mostraram que a simetria carga-paridade é ocasionalmente violada (apenas 2 em cada 100 observações) em certos tipos de partículas, particularmente nos mesões.
Embora estas violações fossem intrigantes, não eram suficientes para explicar a sobrevivência da matéria em relação à anti-matéria, explica o Science Alert.
Agora, pela primeira vez, os investigadores da experiência LHCb identificaram violações de CP nos bariões — a família de partículas que inclui os protões e os neutrões, que constituem a maior parte da matéria observável.
Ao analisar dados de 2009 a 2018, a equipa de investigadores encontrou uma diferença significativa, de 2,45%, entre as taxas de degradação dos bariões de beleza-lambda e dos seus equivalentes de anti-matéria, marcando uma violação definitiva da simetria carga-paridade.
“Precisávamos de uma máquina como o LHC, capaz de produzir um número suficientemente grande de bariões de beleza e das suas contrapartes de anti-matéria, e de uma experiência que pudesse detetar com precisão os seus produtos de degradação”, disse Vincenzo Vagnoni, porta-voz da colaboração LHCb. “Foram necessários mais de 80.000 degradações de bariões para fazer esta observação”.
Esta descoberta sugere que forças físicas ou partículas anteriormente desconhecidas podem estar a influenciar as interações entre matéria e anti-matéria. Se for confirmada, poderá ajudar a refinar o Modelo Padrão da física de partículas e abrir portas à descoberta de nova física para além dos atuais quadros teóricos.
