Depois de duas décadas de tentativa, os físicos da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) relataram a primeira medida de luz emitida por um átomo de antimatéria.
O resultado confirma o que foi previsto pelas leis da física e abre uma nova forma de testar a teoria da relatividade especial de Einstein.
O estudo, publicado na revista Nature, poderia nos ajudar a responder um dos maiores mistérios da física moderna – por que há muito mais matéria do que antimatéria no universo?
A lei da física prevê que, para cada partícula de matéria, há uma antipartícula. Assim, para cada elétron carregado negativamente, existe um pósitron positivamente carregado.
Isso significa que, para cada átomo de hidrogênio regular, há um átomo de anti-hidrogênio, e assim como um átomo de hidrogênio é composto de um elétron ligado a um próton, um átomo de anti-hidrogênio é composto de um anti-elétron (ou pósitron) ligado a um antipróton.
Se uma antipartícula encontra uma partícula regular, elas se aniquilam, liberando energia sob a forma de luz.
Possível solução
Este fato cria dois grandes problemas. O primeiro é que, como há tanta matéria regular no universo, é praticamente impossível para os físicos encontrar antimatéria na natureza, uma vez que ela será aniquilada antes mesmo de eles terem a chance de começar a procurá-la.
O segundo problema é: por que há muito mais matéria regular do que antimatéria no universo, se os nossos modelos físicos atuais sugerem que uma quantidade igual de partículas e antipartículas foram produzidas pelo Big Bang? Não deveria tudo ter se cancelado?
“Algo aconteceu, alguma pequena assimetria, e simplesmente não temos uma boa ideia para explicar isso ainda”, disse um dos membros do estudo, Jeffrey Hangst, do experimento ALPHA no CERN.
Isso tudo pode estar prestes a mudar, porque, pela primeira vez, os cientistas foram capazes de medir o tipo de luz emitida por um átomo de anti-hidrogênio quando atingido por um laser, e comparar o resultado com a luz emitida por um átomo de hidrogênio regular.
Isso pode não parecer muito, mas é a primeira vez que cientistas conseguem controlar um átomo de anti-hidrogênio por tempo suficiente para medir diretamente seu comportamento e compará-lo com o seu equivalente regular.
Como é impossível encontrar uma partícula de anti-hidrogênio na natureza, os cientistas precisam produzir seus próprios átomos em laboratório. Ao longo dos últimos 20 anos, a equipe ALPHA descobriu como produzir o suficiente desses átomos para realmente ter uma chance de trabalhar com eles.
Eles chegaram a uma técnica que lhes permite criar cerca de 25.000 átomos de anti-hidrogênio a cada 15 minutos, prendendo cerca de 14 deles. Os métodos anteriores só conseguiram capturar 1,2 átomos por 15 minutos.
Essas partículas presas são então explodidas pela luz laser para forçar seus pósitrons a “saltar” de um nível de energia mais baixo para um nível mais alto. À medida que retornam ao nível de energia mais baixo, a quantidade de luz liberada por eles pode ser medida.
Daqui para frente
A equipe descobriu que o átomo de anti-hidrogênio emite exatamente o mesmo espectro de luz que os átomos de hidrogênio regulares. “Há muito se pensa que a antimatéria é um reflexo exato da matéria, e estamos reunindo provas para mostrar que isso é verdade”, disse Tim Tharp, outro membro da equipe ALPHA.
Este resultado é consistente com o Modelo Padrão de Física de Partículas, que prevê que hidrogênio e anti-hidrogênio terão características de emissão de luz idênticas. Agora, os físicos têm a chance de testar ainda mais espectros usando diferentes tipos de lasers.
Se todos forem idênticos, a teoria de Einstein sobrevive mais um dia. A relatividade especial pressupõe que o espaço-tempo se divide de forma diferente no espaço e no tempo para os observadores se movendo em relação um ao outro. Isso não pode ser exatamente certo se a matéria e a antimatéria não se espelharem.
Mais resultados poderão finalmente nos dizer se Einstein estava correto.
No caso de a antimatéria não obedecer às mesmas leis da física que a matéria regular, então são nossos modelos do Big Bang que são falhos – e teremos que repensá-los e descobrir de uma vez por todas porque a matéria escapou à aniquilação total no universo e permitiu que nós e tudo o mais existisse.
Ciberia // Hypescience
