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O maior destruidor de átomos do mundo pode ter acabado de encontrar evidências de por que nosso universo existe

Pela primeira vez, físicos do maior destruidor de átomos do mundo observaram diferenças na decomposição de partículas e antipartículas contendo um bloco básico de matéria, chamado de quark charme. A descoberta poderia ajudar a explicar o mistério da existência da matéria. "É um marco histórico", disse Sheldon Stone, professor de física da Universidade de Syracuse e um dos colaboradores da nova pesquisa.

Matéria e antimatéria

Cada partícula de matéria tem uma antipartícula, que é idêntica em massa, mas com uma carga elétrica oposta. Quando matéria e antimatéria se encontram, eles se aniquilam. Isso é um problema. O Big Bang deveria ter criado uma quantidade equivalente de matéria e antimatéria, e todas essas partículas deveriam ter se destruído rapidamente, não deixando nada além de pura energia. [Quarks e Muons estranhos, oh meu! Partículas minúsculas da natureza dissecadas]

Claramente, isso não aconteceu. Em vez disso, cerca de 1 bilhão de quarks (as partículas elementares que compõem os prótons e nêutrons) sobreviveram. Assim, o universo existe. O que isso significa é que partículas e antipartículas não devem se comportar de maneira totalmente idêntica, disse Stone à Live Science. Eles devem decair em taxas ligeiramente diferentes, permitindo um desequilíbrio entre matéria e antimatéria. Os físicos chamam essa diferença no comportamento da violação da paridade de carga (CP).

A noção da violação do PC veio do físico russo Andrei Sakharov, que propôs em 1967 uma explicação para o fato de a matéria ter sobrevivido ao Big Bang.

"Este é um dos critérios necessários para que possamos existir", disse Stone, "por isso é importante entender qual é a origem da violação de CP."

Existem seis tipos diferentes de quarks, todos com suas próprias propriedades: para cima e para baixo, superior e inferior e charme e estranho. Em 1964, os físicos observaram pela primeira vez a violação do PC na vida real em quarks estranhos. Em 2001, eles viram isso acontecer com partículas contendo quarks inferiores. (Ambas as descobertas levaram a prêmios Nobel para os pesquisadores envolvidos.) Os físicos há tempos teorizaram que isso também acontecia com partículas contendo quarks de charme, mas ninguém jamais havia visto.

Stone é um dos pesquisadores do experimento de beleza Large Hadron Collider (LHC), que usa o Grande Colisor de Hádrons do CERN, o anel de 27 km na fronteira entre a França e a Suíça, que envia partículas subatômicas que se chocam umas com as outras. criar os flashes de energia incompreensível que se seguiram ao Big Bang. À medida que as partículas colidem umas nas outras, elas se partem em suas partes constituintes, que então decaem dentro de frações de segundo para partículas mais estáveis.

As últimas observações envolveram combinações de quarks chamados mesons, especificamente o méson D0 ("d-zero") e o meson anti-D0. O méson D0 é composto de um quark charme e um quark anti-up (a antipartícula do quark up). O meson anti-D0 é uma combinação de um quark anti-charme e um quark up.

Ambos os mesões decaem de muitas maneiras, mas uma pequena porcentagem deles acaba como mesões chamados kaons ou pions. Os pesquisadores mediram a diferença nas taxas de decaimento entre os mésons D0 e anti-D0, um processo que envolveu a tomada de medidas indiretas para garantir que eles não estavam apenas medindo uma diferença na produção inicial dos dois mésons, ou diferenças em quão bem suas equipamento poderia detectar várias partículas subatômicas.

A linha inferior? As proporções de decaimento diferiam em um décimo de um por cento.

"Isso significa que o D0 e o anti-D0 não decaem na mesma proporção, e é isso que chamamos de violação de CP", disse Stone.

E isso torna as coisas interessantes. As diferenças nos decaimentos provavelmente não são grandes o suficiente para explicar o que aconteceu depois do Big Bang deixar tanta coisa para trás, disse Stone, embora seja grande o suficiente para ser surpreendente. Mas agora, ele disse, os teóricos da física obtêm sua vez com os dados. [Big Bang para a Civilização: 10 Amazing Origin Events]

Os físicos confiam em algo chamado Modelo Padrão para explicar, bem, tudo na escala subatômica. A questão agora, Stone disse, é se as previsões feitas pelo Modelo Padrão podem explicar a medida do quark do charme que a equipe acabou de fazer, ou se isso exigirá algum tipo de nova física - que, segundo Stone, seria o resultado mais empolgante.

"Se isso pudesse ser explicado apenas pela nova física, essa nova física poderia conter a idéia de onde esta violação de CP está vindo", disse ele.

Pesquisadores anunciaram a descoberta em um webcast do CERN e publicaram uma pré-impressão de um documento detalhando os resultados online.