Cientistas descobrem núcleo atômico da antimatéria mais pesado de todos

Cientistas analisaram dados de experimentos do Colisor Relativístico de Íons Pesados e descobriram o núcleo atômico de antimatéria mais pesado já visto. A partícula foi chamada de antihiperidrogênio-4 e é tão curiosa que até sua contraparte tem composição estranha.

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Antigravidade não existe e antimatéria cai igual às partículas comuns

Antes, vale recordar que o centro de um núcleo atômico é feito de prótons e nêutrons que, por sua vez, são compostos de quarks, que existem em seis tipos. Por ora, fiquemos com os quarks “up” e “down”.

Um próton (partícula de carga positiva no núcleo atômico) é feito de dois quarks ups e um down, enquanto um nêutron tem dois do tipo down e um do tipo up. Enquanto isso, existem outros quatro tipos de quarks na natureza, mas todos os seis tipos têm seus respectivos antiquarks (partículas com a mesma massa e carga elétrica oposta).

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Agora, vamos voltar ao estudo. Os pesquisadores investigaram a relação entre a matéria e a antimatéria (aquela com as mesmas propriedades que a matéria, mas a carga elétrica é oposta), que traz algo curioso: o Modelo Padrão diz que o Big Bang deveria ter criado as mesmas quantidades de matéria e antimatéria. Quando elas colidem, são destruídas; portanto, a massa criada quando o universo surgiu deveria ter sido aniquilada, deixando para trás um cosmos vazio ocupado só pela luz.

Mas isso não aconteceu. Sobrou tanta matéria após esta aniquilação que as galáxias, estrelas, planetas (e nós!) foram formados, e a quantidade de antimatéria restante é estranhamente baixa. Este impasse é chamado de desequilíbrio da matéria e antimatéria, e representa um dos maiores mistérios da física moderna.

O Modelo Padrão da física sugere que o Big Bang deveria ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria (Imagem: Reprodução/ESA/Science Office)

Para tentar resolver o mistério, eles trabalharam com dados do Colisor Relativístico, que choca átomos para recriar as condições após o Big Bang. A ideia destes experimentos é ajudar os cientistas a entenderem o porquê de o universo ser dominado pela matéria, e não pela antimatéria. Como cada colisão produz novas partículas, os cientistas da Colaboração STAR analisaram 6 bilhões de colisões para tentar encontrar o novo núcleo atômico de antimatéria.

“Para estudar a assimetria matéria-antimatéria, o primeiro passo é descobrir novas partículas de antimatéria”, explicou Hao Qiu, físico da STAR e coautor do estudo. “Esta é a lógica básica por trás deste estudo”.

Já o antihiperidrogênio-4 tem núcleo atômico de um antipróton, dois antinêutrons e um antilambda (um tipo de antihipério). O experimento já havia produzido antihélio-4, com dois antiprótons e dois antinêutrons e um pouco mais leve que o antihidrogênio — e o antihiperidrogênio-4, por sua vez, decai em antihélio-4 e em um píon (partícula feita de um quark e um antiquark).

Após analisar as partículas de antihélio e píons positivos, os pesquisadores concluíram que eles provavelmente eram o resultado do decaimento do antihiperidrogênio-4, e encontraram 16 eventos que podem ser as partículas de antimatéria que procuravam.

A análise das propriedades não revelou nenhuma quebra evidente da tal simetria do universo, ou seja, ela não explica o motivo de o universo ser feito de matéria e não de antimatéria. Por outro lado, os cientistas acreditam que deve existir alguma diferença entre ambas; se não, elas teriam se aniquilado e se transformado em energia e simplesmente não estaríamos aqui. Para os próximos passos, eles vão trabalhar com a diferença de massa entre as partículas e antipartículas.

O artigo com os resultados do estudo foi publicado na revista Nature.