Embora sejam dados preliminares, os cientistas acreditam que medições repetidas irão confirmar suas descobertas iniciais.
Físicos do projeto ALPHA, sediado no CERN, apresentaram os primeiros dados sobre medidas da estrutura fina do espectro de partículas de antimatéria, dos quais se pode tirar conclusões sobre a estrutura de seus níveis de energia quântica. Nisso, revelou-se semelhante à matéria comum, escrevem cientistas em artigo publicado pela revista científica Nature.
“A descoberta de quaisquer discrepâncias nas propriedades da matéria e da antimatéria irá literalmente abalar a base do Modelo Padrão. Essas medições nos ajudaram a realizar nosso sonho de longa data e estudar alguns aspectos da interação da antimatéria com o espaço circundante, incluindo a medição da mudança de seus níveis de energia mais baixos , - disse o resultado do trabalho, o representante oficial do projeto ALPHA Jeffrey Hangst.
Os cosmologistas sugerem que no Universo, nos primeiros momentos de sua vida, matéria e antimatéria eram aproximadamente iguais. Todas as propriedades químicas e físicas de suas partículas, com exceção da carga, deveriam ser as mesmas - a menos, é claro, que o Modelo Padrão esteja incompleto ou errôneo (esta teoria descreve a maioria das interações de todas as partículas elementares agora conhecidas pela ciência).
No entanto, isso contradiz a própria existência da realidade, uma vez que todas as partículas de matéria e antimatéria tiveram que se destruir, colidindo e aniquilando-se mutuamente nos primeiros momentos após o Big Bang. Portanto, os cientistas vêm discutindo há muitas décadas e se perguntando por que não há praticamente nenhuma antimatéria no Universo observável.
Muitos físicos acreditam que a resposta para esse enigma está nas menores diferenças nas propriedades, comportamento e estrutura das partículas de antimatéria e matéria. Cientistas descobriram recentemente muitos indícios de que tais discrepâncias podem existir, por exemplo, nas massas de prótons e antiprótons. No entanto, os físicos ainda não confirmaram nenhum deles.
Hangst e seus colegas vêm tentando encontrá-los há muitos anos usando o instrumento ALPHA-2, uma armadilha magnética especial para pósitrons e antiprótons que os força a se combinarem e formarem átomos de antimatéria únicos. As primeiras medições desse tipo, que os cientistas realizaram em 2012, 2016 e 2018, mostraram que não há diferença na forma como a luz excita elétrons e pósitrons em átomos de antimatéria e matéria.
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Segredos da antimatéria
Em uma nova série de experimentos, os cientistas do CERN mediram o chamado deslocamento de Lamb para a antimatéria pela primeira vez. Isso é o que os cientistas chamam de pequenas diferenças na localização de dois níveis específicos de energia dentro do átomo, 2s e 2p. De acordo com a teoria, suas posições deveriam coincidir, mas na realidade não é assim - eles acabam sendo deslocados um em relação ao outro.
A existência dessa lacuna se deve ao fato de que partículas de matéria e antimatéria interagem constantemente no nível quântico com pares de partículas e antipartículas virtuais, que nascem e desaparecem continuamente no vazio do vácuo. Traços disso podem ser vistos na chamada "estrutura fina" do átomo, um conjunto de bandas estreitas no espectro em que os níveis de energia teoricamente previstos são divididos.
O Projeto ALPHA primeiro estudou a estrutura desse conjunto de linhas, passando 90.000 átomos de anti-hidrogênio através de um poderoso campo magnético, irradiando-os com um laser ultravioleta e observando como seu espectro mudava como resultado. Os cientistas usaram esses dados para calcular o deslocamento de Lamb da antimatéria e compará-lo com um parâmetro semelhante para o hidrogênio.
Em geral, os valores obtidos coincidiram com medidas para matéria ordinária e com resultados de cálculos teóricos, que levaram em consideração efeitos quânticos. Como Hangst enfatiza, esses dados ainda são preliminares, mas já agora podemos dizer que as medidas da estrutura constante não podem se desviar das previsões da teoria em mais de 2%, e o deslocamento de Lamb em mais de 11%.
Em um futuro próximo, os membros da ALPHA planejam realizar medições mais precisas, resfriando os átomos de anti-hidrogênio a temperaturas próximas do zero absoluto. Essas observações, esperam os cientistas, irão finalmente confirmar que os valores do deslocamento de Lamb para matéria e antimatéria são os mesmos, e que ajudarão os físicos a medir com precisão o raio do antipróton.
