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Matéria e antimatéria têm mesmo peso

Matéria e antimatéria têm mesmo peso
Esta é a garrafa de antimatéria, no qual os prótons e antiprótons giram cerca de 30 milhões de vezes por segundo - essa frequência rotacional é usada para determinar a massa das duas partículas. [Imagem: Georg Schneider/Base-Collaboration]

Antiexplosão

Que nosso mundo existe, é algo que dispensa demonstrações.

Mas, se a teoria central da física estivesse correta - ou completa -, ele não deveria existir.

Isto porque o modelo do Big Bang, o momento da criação do nosso Universo, estabelece que matéria e antimatéria foram criadas na mesma proporção.

Assim, o "bum" do Big Bang deveria ter sido seguido de um "mub" - um bum ao contrário, no qual a matéria e a antimatéria se aniquilariam, e nada mais existiria.

Como o modelo é muito bom e já permitiu muitos avanços do conhecimento, os físicos vêm contorcendo as dobras cerebrais há décadas em busca de uma explicação para essa assimetria entre matéria e antimatéria - afinal, onde teria ido parar a antimatéria se ela realmente tivesse sido criada na Grande Explosão?

O peso da antimatéria

Infelizmente, mais duas tentativas de encontrar respostas - e de desafiar o modelo padrão da física - chegaram a um beco sem saída.

Pesquisadores alemães e japoneses do projeto BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) compararam um próton e um antipróton com a maior precisão já obtida até hoje - e não encontraram diferenças entre eles.

Usando uma "garrafa de antimatéria" de 20 centímetros de comprimento, conhecida como armadilha de Penning, eles compararam um único próton de hidrogênio com um antipróton e descobriram que eles têm uma relação carga/massa idêntica até 11 casas decimais.

A relação carga/massa é uma propriedade importante das partículas porque duas partículas que apresentem o mesmo valor irão se mover na mesma rota no vácuo quando sujeitas ao mesmo campo elétrico ou magnético, indicando o que poderia ter ocorrido após a criação das partículas de matéria e antimatéria.

Ao mesmo tempo, físicos do experimento ALICE, do LHC, mediram o peso dos núcleos de deutério e antideutério, e de hélio-3 e anti-hélio-3, e também não conseguiram registrar nenhuma diferença de massa entre eles.

Embora sem a mesma precisão e elegância do experimento BASE, a medição do LHC poderia eventualmente revelar alguma diferença sutil gerada pela união entre as partículas, já que o deutério tem um nêutron adicional em relação ao hidrogênio, e o hélio-3 tem dois prótons mais um nêutron - mas essa diferença não apareceu, pelo menos até onde a precisão do experimento consegue detectar.

Matéria e antimatéria têm mesmo peso
Esquema de funcionamento da garrafa de antimatéria da equipe BASE. [Imagem: Stefan Ulmer et al. - 10.1038/nature14861]

Comparar o magnetismo

Se houvessem indicado alguma diferença, os experimentos estariam apontando um "buraco" no modelo padrão da física - que diz que não deve haver diferença entre matéria e antimatéria -, um buraco a partir do qual os pesquisadores poderiam começar a escarafunchar em busca de uma "nova física", que pudesse ter melhor poder explicativo do que as teorias atuais.

Como não encontraram nada comparando o peso da matéria e da antimatéria, os físicos agora pretendem encontrar diferenças comparando os momentos magnéticos das partículas e das antipartículas.

Bibliografia:

High-precision comparison of the antiproton-to-proton charge-to-mass ratio
Stefan Ulmer, Christian Smorra, Andreas Mooser, Kurt Franke, Hiroki Nagahama, Georg Schneider, Takashi Higuchi, Simon Van Gorp, Klaus Blaum, Yasuyuki Matsuda, Wolfgang Quint, Jochen Walz, Yasunori Yamazaki
Nature
Vol.: 524, 196-199
DOI: 10.1038/nature14861

Precision measurement of the mass difference between light nuclei and anti-nuclei
ALICE Collaboration
Nature Physics
Vol.: Accepted paper
DOI: 10.1038/nphys3432




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