Os físicos realizaram as primeiras medições precisas de como a luz interage com partículas de antimatéria, e não encontraram diferenças significativas em seu comportamento em comparação com a matéria comum, o que mais uma vez fez os cientistas se perguntarem por que o universo existe. Suas descobertas foram publicadas na revista Nature.
“Essas são as primeiras medidas espectroscópicas reais das propriedades da antimatéria obtidas com lasers. A precisão ultra-alta de nossas medições mais recentes tem sido uma grande conquista para nossa equipe. Há 30 anos tentamos atingir essa meta e finalmente conseguimos realizar esse sonho”, disse Jeffrey Hangst, representante oficial da colaboração ALPHA.
Segundo os cientistas de hoje, nos primeiros momentos após o Big Bang, apareceu uma quantidade igual de matéria e antimatéria. Ao mesmo tempo, o Modelo Padrão de Física afirma que as propriedades das partículas de antimatéria refletem as características de seus gêmeos, com exceção da carga. Em outras palavras, as propriedades químicas e físicas dos átomos de antimatéria e matéria devem ser idênticas.
Como a matéria e a antimatéria se aniquilam com a colisão, durante o nascimento do Universo, suas partículas tiveram que se destruir, privando o universo de todas as reservas de matéria e antimatéria. Portanto, surge a pergunta - onde a antimatéria "desapareceu" e por que o Universo existe.
Acredita-se que uma das razões para a "assimetria da matéria" pode estar na existência de diferenças pequenas, mas bastante significativas, na estrutura e nas propriedades das partículas de antimatéria. Nos últimos anos, os físicos encontraram vários indícios de que tais diferenças, por exemplo, nas massas de prótons e antiprótons, ainda existem, mas sua mudança exata é dificultada pela baixa precisão dos instrumentos e pela escala microscópica dessa assimetria.
Angst e seus colegas vêm tentando há muitos anos encontrar indícios de diferenças nas propriedades da matéria e da antimatéria usando o dispositivo ALPHA-2, uma armadilha especial para pósitrons e antiprótons, forçando-os a se combinarem e formarem átomos únicos de antimatéria. Devido ao isolamento absoluto, átomos de antimatéria podem existir nesta armadilha por vários dias sem se decompor ou aniquilar.
A equipe da ALPHA há muito tenta medir o espectro de átomos de anti-hidrogênio, a comparação dos quais com dados semelhantes para o hidrogênio mostrará se a luz interage da mesma maneira com duas formas de matéria e se há até mesmo as menores diferenças na massa de suas partículas.
Os primeiros resultados desse tipo foram obtidos há seis e dois anos, mas essas medidas não eram precisas pelo fato de não terem sido realizadas diretamente, mas indiretamente, observando as consequências da colisão de partículas de antimatéria e matéria. Os cientistas foram forçados a agir dessa maneira devido ao fato de haver poucos átomos de anti-hidrogênio. Isso impediu a busca de possíveis vestígios da "nova física" e a solução do mistério do desaparecimento da antimatéria.
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Angst e seus colegas conseguiram resolver esse problema modificando a estrutura da armadilha de forma que permitisse irradiar o anti-hidrogênio com sete tipos de feixes de laser ao mesmo tempo. Ao combinar as imagens obtidas durante esse "bombardeio", os cientistas foram capazes de aumentar a precisão das medições em 100 vezes e atingir um nível de erro não superior a duas partes por trilhão. Isso é apenas três ordens de magnitude menor do que a precisão alcançada ao "disparar" hidrogênio.
Como nas duas últimas vezes, os espectros de matéria e antimatéria coincidiram completamente, o que sugere que elas interagem com a luz da mesma forma e, presumivelmente, têm massa idêntica. Juntamente com outras medições recentes de outras propriedades dos antiprótons, esta descoberta faz com que os cientistas se perguntem cada vez mais onde a diferença entre matéria e antimatéria está "escondida".
As primeiras respostas a essas perguntas, como esperam Angst e seus colegas, serão recebidas muito em breve, quando o ALPHA-2 for modernizado e expandido, o que aumentará a precisão das medições do espectro em várias ordens de magnitude e se aproximará de solucionar o mistério da existência do Universo.
