A busca pela antimatéria desaparecida no universo permanece em um estado irritante de incerteza

Pesquisadores revestem as laterais de um detector ultra-sensível projetado para capturar luz

As primeiras partículas do Universo se formaram depois que um caroço quente e denso explodiu. Os físicos acreditam que, nas condições extremas do Big Bang, a luz se transformou em matéria: elétrons, prótons e nêutrons, que mais tarde se tornaram parte de nós.

Mas os físicos não têm certeza sobre exatamente como essa transformação ocorreu. Nos anos 90, os físicos mostraram que podem converter luz em matéria colidindo dois feixes de radiação de energia extremamente alta. Eles também descobriram que a luz ao mesmo tempo cria uma quantidade igual de antimatéria. As primeiras partículas de matéria foram encontrar-se com seus parentes do campo da antimatéria e aniquilar. Uma explosão - e não há mais matéria.

Mas, obviamente, há matéria. Por alguma razão, após o Big Bang, a matéria se formou mais do que antimatéria, e os físicos não sabem o porquê. "Este é um dos maiores mistérios do universo", diz o físico Don Lincoln, do Fermilab .

Nos últimos 50 anos, em laboratórios e em equações, eles têm procurado processos que produzem mais matéria que antimatéria. Um candidato: um processo radioativo previsto no qual dois nêutrons são convertidos em dois prótons em um átomo. Os teóricos acreditam que nesse processo, conhecido como decaimento beta duplo sem neutrinol , surgem dois elétrons e nenhuma antimatéria. Dois novos pedaços de matéria aparecem no Universo, e os detectores devem ser capazes de detectá-los. Se esse processo ocorreu várias vezes após o Big Bang, ele pode explicar de onde veio esse problema extra.

Mas aqui está o problema: ninguém nunca viu dois nêutrons se transformarem em dois prótons. De experimentos e cálculos anteriores, é claro que esse processo provavelmente ocorre em certos átomos, por exemplo, nos átomos de germânio e xenônio. Quando dois nêutrons se tornam prótons em um átomo de germânio, o átomo se transforma em um novo elemento, o selênio. Em um artigo recente publicado na revista Nature, os pesquisadores usam os dados de seus detectores supersensíveis para calcular que são necessários mais de 10 ²⁵ anos para que metade de um cristal de germânio se torne selênio por meio de tal deterioração. Isso é quatrilhão de vezes a idade do universo. "Na verdade, este é um evento muito raro", disse o físico Peter Grabmayr, um dos participantes do experimento Germanium Detector Array (GERDA) e um dos autores do trabalho.



Grabmeir não tem medo de tais chances. Para confirmar que esse processo ocorre, não é necessário transformar metade do cristal em selênio. É necessário detectar o decaimento de apenas alguns átomos. Se qualquer átomo de seu cristal de 36 libras de germânio se transformar em selênio, ele poderá detectar a energia de dois elétrons que aparecerem, que parecerão luz em uma colisão com um detector. Para impedir que outras fontes de radiação, como os raios cósmicos, afetem o detector, um cristal de germânio foi colocado em um tanque com argônio líquido, a uma profundidade de 1400 metros sob uma montanha no centro da Itália.

Resta a possibilidade de eles nunca descobrirem esse processo, como Lincoln diz. "Mas isso é apenas uma opinião", diz ele. - Eu não o apoiaria. Eu não ficaria surpreso se esse experimento refutasse minha intuição ".

Enquanto isso, os físicos estão explorando outros processos que podem explicar o fato de que o universo é composto de matéria. Em particular, eles querem encontrar todas as diferenças entre antimatéria e matéria, uma vez que qualquer discrepância pode explicar por que seus destinos no início do Universo se mostraram diferentes. Em dezembro passado, o experimento Alpha no CERN mediu propriedades anti-hidrogênio, mas não encontrou diferenças inesperadas em relação ao hidrogênio. Em janeiro, o experimento Beauty no Large Hadron Collider descobriu que, durante a decomposição de uma partícula chamada lambda-bárion , seus produtos de decomposição não se separam em ângulos como o seu homólogo da antimatéria.

Nos próximos dez anos, o Fermilab planeja construir um acelerador de partículas subterrâneas de 1300 km de Illinois a Dakota do Sul - o Experimento de Neutrinos Subterrâneos Profundos (DUNE) [experimento subterrâneo profundo de neutrinos]. O objetivo do experimento é lançar raios de neutrinos e antineutrinos a longas distâncias, diz Lincoln. Se os neutrinos se comportam de maneira diferente de um antineutrino, isso pode ajudar a descobrir outra razão pela qual há mais matéria no universo do que a antimatéria.

Essas pesquisas serão benéficas, mesmo que não encontrem nada, diz Grabmeir. Seu objetivo é entender as regras pelas quais o universo funciona. Se o processo para o qual Grabmeyr é fã não existe, esse fato em si pode ser usado para excluir muitas das hipóteses agora propostas.

O grupo Grabmeyer planeja monitorar a Alemanha e os sinais de decaimento radioativo por mais dois anos. No final, eles querem usar até uma tonelada de germânio em seu detector. Mais Alemanha - mais provável de ver decadência. "Em algum momento, vamos encontrá-lo", diz Grabmeyr. Mas, por enquanto, eles estão apenas esperando.