Eis como ondas gravitacionais resolveriam o mistério da antimatéria do universo

Detectores de ondas gravitacionais poderiam detectar um tipo especial de configuração quântica da matéria, que só existiu no início do universo e permitiu que nós existíssemos hoje. Conhecida como Q-balls, essa configuração poderia explicar como matéria e antimatéria não se aniquilaram após o Big Bang.

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Matéria e antimatéria do universo

Um dos mistérios da cosmologia é a própria existência da matéria no universo. Após a rápida expansão (período de inflação cósmica) e resfriamento, pares de partícula e antipartícula eram criados e aniquilados em grande quantidade, assim como uma carga positiva e outra negativa de mesmo valor se anulam ao se encontrarem.

O problema é: se isso ocorreu, como pode ainda existir partículas, átomos, moléculas e objetos? Matéria e antimatéria precisariam ter se formado em quantidades iguais, mas parece que vivemos em um universo onde só há matéria. Poucas detecções encontraram antimatérias aqui e ali, além de alguns experimentos com antipartículas, e nada mais.

Apenas essa observação implica em mistérios inquietantes, como o próprio fato de estarmos aqui. Partículas e antipartículas deveriam ter se aniquilado, gerando apenas energia, e não mais matéria. Isso significa que não deveria haver estrelas, planetas, muito menos vida. O que aconteceu? O que os cientistas estão deixando “passar batido”?

Q-balls entram em cena

Algumas hipóteses já surgiram antes para tentar resolver esse problema. Algumas propõem que alguma física desconhecida provocou uma separação entre a matéria e a antimatéria, levando as antipartículas para longe. Outra sugere que, na verdade, elas estavam juntas, em quantidades desiguais, dentro de Q-balls.

Apresentadas em 1985 pelos físicos da Universidade de Princeton Ian Affleck e Michael Dine, Q-Balls são uma coleção hipotética de matéria que tem um estado de energia inferior do que suas partículas individuais. Elas seriam, por definição mais específica, uma espécie de sólitons (ondas de estabilidade invariável).

Basicamente, elas seriam bolhas criadas por causa da interação entre campos logo após o Big Bang — campos como gravitacional, eletromagnético, ou mesmo o campo de Higgs, por exemplo. Os campos estão presentes em todo o universo, e definem um valor para cada ponto do cosmos. Teoricamente, eles não podem interagir, mas Affleck e Dine propuseram que uma interação ocorreu após o Big Bang.

Ao interagir, os campos criaram mais partículas de matéria do que partículas de antimatéria. Para manter uma forma uniforme do universo, uma configuração de partículas surgiu em "caroços", que são as Q-balls. Essa configuração, que organizou as Q-balls, são apenas mais um tipo de campo, mas permitiu que o universo não se aniquilasse.

Como encontrar as Q-balls?

As Q-balls desaparecem após a inflação do universo, salpicando o cosmos com mais partículas do que antipartículas. Nesse desaparecimento, produziram ondas gravitacionais, e é aí que entra o novo estudo. Os autores sugerem que essas ondas gravitacionais poderiam ser detectadas aqui na Terra.

Para isso, poderiam ser usados detectores como o Laser Interferometer Space Array (LISA) da NASA e o telescópio Einstein, ambos ainda em fase de desenvolvimento. "[Há] um monte de máquinas que estamos ligando na década de 2030 que podem ver essas ondas gravitacionais", disseram os autores. "Se as encontrarmos, será realmente emocionante".

Os autores sabem que talvez não encontrem as Q-balls, simplesmente porque ainda é uma hipótese que não foi testada. Mesmo assim, isso seria uma boa notícia, porque significaria que teorias mais simples e mais fáceis de testar provavelmente estão corretas. O novo artigo foi publicado na revista Physical Review Letters.

Fonte: Physical Review Letters; via: Space.com