Cientistas fizeram uma nova descoberta sobre a diferença entre a matéria e a antimatéria, um passo crucial para entender a existência do Universo. Partículas de antimatéria, como os antielétrons e antiprótons, possuem a mesma massa, mas apresentam cargas elétricas opostas às de suas contrapartes comuns, os elétrons e prótons.

Em um estudo publicado na última quarta-feira, 16, na revista Nature, uma colaboração internacional de cientistas do laboratório de física de partículas Cern, localizado nos arredores de Genebra, na Suíça, revelou um desequilíbrio sutil entre partículas que são semelhantes aos prótons e nêutrons, os blocos fundamentais da matéria que formam os objetos que nos cercam.

Essa pesquisa tem grande relevância, pois pode oferecer novas pistas sobre as assimetrias entre matéria e antimatéria, fundamentais para compreender a formação do Universo. Xueting Yang, estudante de pós-graduação da Universidade de Pequim, China, e principal autora da pesquisa, explicou que a descoberta contribui para o entendimento de questões mais amplas sobre a física fundamental.

O modelo do Big Bang, que originou o Universo, sugere que as quantidades de matéria e antimatéria deveriam ser iguais. No entanto, quando as partículas de matéria colidem com suas contrapartes de antimatéria, ambas se aniquilam em uma explosão de radiação.

Essa aniquilação deveria ter deixado o Universo vazio de matéria. Mas, 13,8 bilhões de anos depois, estamos aqui, feitos de matéria, não de antimatéria, observando o mundo ao nosso redor. Isso implica que, em algum momento logo após o Big Bang, para cada bilhão de pares de matéria e antimatéria, uma partícula extra de matéria sobreviveu. Esse fenômeno é conhecido como violação de carga-paridade, ou violação CP.

As descobertas mais recentes baseiam-se em experimentos realizados entre 2011 e 2018 no Grande Colisor de Hádrons (LHC), o acelerador de partículas do Cern que também foi responsável pela confirmação da existência do bóson de Higgs, em 2012. As colisões de prótons no LHC geram condições semelhantes às do Big Bang, com a conversão de energia em partículas, resultando em uma produção tanto de matéria quanto de antimatéria.

Para medir a violação de CP, cientistas utilizaram o detector LHCb (Large Hadron Collider beauty), projetado para registrar os decaimentos de partículas que podem ajudar a explicar as diferenças entre a matéria e a antimatéria. A pesquisa focou no bárion lambda-beauty, uma partícula composta por três quarks, sendo um deles o quark beauty (ou bottom), substituindo um quark down no nêutron. Durante as colisões, o bárion lambda-beauty se decompunha em um próton e outros três mésons, enquanto a versão de antimatéria se transformava em antiprótons e antimésons.

O estudo revelou que a versão de matéria do decaimento foi mais provável em alguns pontos percentuais do que a versão de antimatéria. Com 80 mil decaimentos observados, a chance dessa discrepância ocorrer por acaso foi estimada em menos de 1 em 5 milhões.

Para Charles Young, cientista do Laboratório Nacional de Aceleração SLAC, na Califórnia, o estudo é significativo, pois a matéria do Universo é composta por bárions, e esta é a primeira medição de uma violação de CP em bárions. No entanto, esse achado não resolve a grande questão: por que o Universo existe, afinal?

O fenômeno observado nos bárions lambda-beauty pode ser uma manifestação de uma violação de CP previamente observada nos mésons na década de 1960, que levou à inclusão dos quarks top e bottom no modelo padrão da física de partículas. Embora a violação de CP em mésons tenha sido descoberta nas décadas de 1990 e 2000, os resultados não eram suficientes para explicar a discrepância entre matéria e antimatéria.

À primeira vista, os novos resultados também se alinham com os limites do modelo padrão. No entanto, essas descobertas oferecem uma oportunidade de refinar e testar as previsões teóricas, como indicou Yang: “A previsão teórica para decaimentos de bárions ainda é muito imprecisa, então é difícil ter uma comparação precisa com os resultados experimentais.” Para o futuro, novos experimentos podem revelar fontes adicionais de violação de CP.