Maior acelerador de partículas do mundo pode ter descoberto mais sobre a origem do universo

A origem do universo ainda é um dos maiores mistérios que o ser humano busca responder. Já tivemos alguns avanços nesse quesito, mas ainda não o suficiente para explicar o porquê do universo existir. Em uma descoberta inédita, usando o maior acelerador de partículas, físicos observaram diferenças na decomposição de partículas e antipartículas contendo um bloco básico de matéria, chamado de quark charme.

Essa descoberta pode ajudar a explicar a existência da matéria. “É um marco histórico”, disse Sheldon Stone, professor de física da Universidade de Syracuse e um dos colaboradores da nova pesquisa.

A pesquisa

Para cada partícula de matéria existe uma antipartícula, que é idêntica em questões de massa, porém com uma carga elétrica oposta, uma positiva e outra negativa. Quando a matéria e antimatéria se encontram, elas se extinguem, e isso é um problema. Acredita-se que o Big Bang deveria ter criado uma quantidade equivalente de matéria e antimatéria, e todas as suas partículas deveriam ter se destruído, não deixando nada além de energia pura.

Obviamente, isso não aconteceu. Mas, ao invés disso, estima-se que 1 bilhão de quarks (partículas elementares que compõem os prótons e nêutrons) sobreviveram. E assim, o universo existe. Isso significa que as partículas e antipartículas provavelmente não se comportam de maneira totalmente idêntica, como explica Sheldon Stone à Live Science. Elas devem decair em uma taxa relativamente diferente, ocasionando um desequilíbrio entre a matéria e antimatéria. Os físicos classificam essa diferença no comportamento de violação de paridade de carga (CP).

Essa noção de violação do CP foi apresentada pelo físico russo Andrei Sakharov, que propôs em 1967 uma explicação para o fato de a matéria ter sobrevivido ao Big Bang.

“Este é um dos critérios necessários para que possamos existir”, disse Stone. “Por isso é importante entender qual é a origem da violação de CP”, completa.

Sobre os quarks, existem seis tipos diferentes, todos eles com suas próprias propriedades: para cima e para baixo, superior e inferior e charme e estranho. Em 1964, os físicos identificaram pela primeira vez a violação do CP na vida real em quarks estranhos. Em 2001, eles observaram o mesmo acontecer com partículas, dessa vez, em quarks inferiores. As duas descobertas renderam prêmios Nobel aos cientistas envolvidos. Os físicos já teorizaram que isso também poderia acontecer em partículas de quarks de charme, porém até então ninguém jamais havia visto na prática.

A descoberta

Stone é um dos pesquisadores responsáveis pelo novo experimento pelo Large Hadron Collider (LHC), que usa o Grande Colisor de Hádrons do CERN. O maior acelerador de partículas do mundo, envia partículas subatômicas que se chocam umas com as outras, criando flashes de energia incompreensível que se seguiram ao Big Bang. Conforme as partículas colidem, elas partem suas partes constituintes, que então decaem dentro de frações de segundo para partículas mais estáveis.

O último experimento envolveu combinações de quarks chamados mesons, especificamente méson D0 e méson anti-D0. Os dois mesons decaem de muitas maneiras, e uma pequena porcentagem deles acaba como mesons chamados kaons ou pions. Os cientistas mediram a diferença nas taxas de decaimento entre os mesons D0 e ainti-D0, para isso eles tiveram que tomar algumas medidas para garantir que eles não estavam medindo apenas uma diferença na produção inicial dos dois mesons. As proporções de decaimento diferiram um decido e um por cento.

“Isso significa que o D0 e o anti-D0 não decaem na mesma proporção, e é isso que chamamos de violação de CP”, disse Stone.

Essas diferenças nos decaimentos provavelmente não são grandes o suficiente para explicar o que aconteceu depois do Big Bang, para deixar tanta coisa para trás, como disse Stone. Ainda assim, são grandes o suficiente para ser uma descoberta surpreendente.