Acelerador de partículas do Big Bang pode revelar mistério da antimatéria

Para tentar resolver o problema da antimatéria, pesquisadores planejam usar um acelerador de partículas diferente: em vez de construí-lo na Terra, ele foi parte do universo primitivo e ainda pode ser encontrado no brilho residual do Big Bang.

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Os modelos astrofísicos aceitos atualmente preveem que matéria e antimatéria deveriam surgir em proporções semelhantes no início do universo. Se isso tivesse acontecido, ambas teriam se aniquilado, deixando para trás apenas fótons e neutrinos (conhecidos como “partículas fantasmas”).

Entretanto, vivemos em um mundo de matéria, com pouquíssima antimatéria observada. Isso é um grande problema para os astrônomos e existem muitas propostas para resolve-lo. Uma delas é a ideia dos doutores Yanou Cui e Zhong-Zhi Xianyu, que desejam explorar a leptogênese — uma ideia que se baseia no decaimento de partículas que, supostamente, levou a uma assimetria no universo primitivo.

Leptogênese é um termo que se refere às hipóteses sobre processos físicos que teriam produzido léptons (a “família” dos elétrons, múons e neutrinos) e antileptons (as antipartículas dos léptons) no universo infantil. O resultado teria sido o domínio dos léptons.

Essa assimetria pode ter crescido ao longo do tempo, por meio de interações entre partículas de matéria e antimatéria. O resultado é o universo que conhecemos. Porém, a leptogênese envolve uma partícula fundamental diferente: o neutrino destro.

Neutrinos são conhecidos por não possuírem uma imagem simétrica. Isso significa que a partícula “gira” apenas em uma certa direção, ou seja, o giro na direção contrária não existe. Por isso, os cientistas os chamam de partículas “canhotas”. Neutrinos destros não existem na matéria normal; por outro lado, todos os antineutrinos (a anti matéria do neutrino) são destros.

O problema é que produzir um neutrino destro para testar a ideia da leptogênese exigiria muito mais energia do que poderia ser gerada em aceleradores de partículas na Terra. Por isso, os autores do novo estudo querem usar um acelerador cósmico formado durante a era chamada inflação cósmica.

Durante a inflação (uma fase de grande expansão do universo durante um curto espaço de tempo), um ambiente altamente energético surgiu, permitindo a produção de novas partículas pesadas — como os neutrinos destros, que são 500 milhões de vezes a massa do próton.

Nessa expansão, o universo se comportou como um grande colisor de partículas, com energia 10 bilhões de vezes maior do que qualquer colisor feito pelo homem. Segundo os autores do estudo, ele deixou “impressões” na radiação cósmica de fundo, a “luz remanescente” do Big Bang, usada para muitas pesquisas cosmológicas.

O novo artigo publicado na Physical Review Letters demonstra as principais condições para essa assimetria entre matéria e antimatéria, incluindo a massa do neutrino destro e suas interações. Os autores admitem que essas medidas ainda não foram concluídas, mas os estudos e observações dos próximos anos podem encontrar os dados necessários e, finalmente, detectar as “impressões” de neutrinos destros no fundo cósmico de micro-ondas.

Fonte: Physical Review Letters, Universidade da Califórnia Riverside