Novas ferramentas de núcleo de antimatéria para investigar a matéria escura
Um grupo de pesquisa internacional descobriu o núcleo atômico de antimateria mais pesado já registrado em um experimento. Este achado pode potencialmente lançar luz sobre a busca pelo enigmático matéria escura, cuja existência é prevista, mas ainda não foi provada.
A antimateria tem deixado os cientistas intrigados por muito tempo. Teoria indica que quantidades iguais de antimateria e "matéria regular" foram criadas durante o Big Bang. No entanto, a antimateria quase não existe no universo atual. Uma equipe da colaboração STAR está tentando desvendar esse mistério ao realizar experimentos usando o acelerador de partículas do Laboratório Nacional Brookhaven, nos Estados Unidos. Nesses experimentos, eles descobriram agora o núcleo atômico de antimateria mais pesado até agora, como detalham em um estudo publicado na "Nature". Os autores principais do estudo são do Instituto de Física Moderna (IMP) da Academia Chinesa de Ciências.
Criação de condições semelhantes ao Big Bang
Quando núcleos atômicos de ouro colidem quase à velocidade da luz dentro de um acelerador de partículas, as mesmas temperaturas e pressões extremas presentes no universo momentos após o Big Bang são recriadas. Milhares de novas partículas de matéria e antimatéria são produzidas em cada colisão.
Embora matéria e antimatéria compartilhem os mesmos componentes fundamentais, as partículas possuem cargas elétricas opostas. Por exemplo, os elétrons são negativamente carregados, enquanto seus antipartículas, os positrons, são positivamente carregados.
Bilhões de colisões, centenas de descobertas
A equipe da colaboração STAR explicou que eles dispararam cerca de seis bilhões de núcleos atômicos de ouro para o seu experimento, de acordo com o "World of Physics". À medida que as partículas atravessavam um gás em um campo magnético, deixavam rastros detectáveis de espessuras variáveis, como explicado em "The Conversation". Esses rastros curvavam no campo magnético, com matéria e antimatéria reagindo de forma diferente: a antimatéria se movendo em uma direção, enquanto a matéria se movia na direção oposta.
O novo núcleo descoberto recebeu o nome de antihipertrítio-4. Ele consiste em um antiprotão, dois antineutrons e um antihiперон, semelhante a um núcleo atômico típico com três nêutrons, mas com um substituído por um hiперon, o que o torna mais pesado. O mesmo se aplica à antimatéria, resultando no núcleo mais pesado e incomum descoberto até agora.
Dadas as raras condições necessárias para que os antipartículas se fundam em antihipertrítio-4, os pesquisadores encontraram apenas 16 desses núcleos atômicos.
Os pesquisadores também estudaram a vida útil do antihipertrítio-4 em comparação com o hiперtrítio-4, seu contraparte de "matéria normal". Eles não encontraram diferença.
Este resultado apoia os modelos físicos estabelecidos, que estipulam que as partículas de matéria e antimatéria se aniquilam mutuamente, deixando para trás radiação, quando colidem. No entanto, este achado não explica a origem da "asimetria". De acordo com esses modelos, a matéria e a antimatéria deveriam ter se aniquilado completamente após o Big Bang.
Dados para pesquisa de matéria escura
No entanto, a descoberta da colaboração STAR pode ajudar a resolver um enigma ainda maior: o mistério da matéria escura. Sua existência é inferida apenas de seu impacto nos movimentos das estrelas e galáxias. Por exemplo, a densidade de massa no centro das galáxias espiral é maior perto das bordas. Dada essa densidade, as velocidades orbitais das estrelas deveriam diminuir em direção às bordas, mas não o fazem. Isso sugere uma matéria invisível responsável por essas disparidades.
Os cientistas estimam que mais de 80% da massa total do universo é composta por matéria escura. Apesar de seu papel significativo na moldagem do nosso universo, sua composição permanece desconhecida.
Experimentos a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS), como o Spectrômetro Magnético Alpha (AMS), buscam lançar luz sobre a matéria escura. O AMS busca partículas de alta energia do espaço exterior usando um forte ímã para curvar suas trajetórias. Assim como em um acelerador de partículas, as partículas de matéria e antimatéria se movem em direções opostas.
O AMS está particularmente interessado no anti-hélio, que algumas teorias propõem ser produzido quando as partículas de matéria escura colidem. A mesma reação pode ocorrer quando a radiação cósmica de alta energia interage com a matéria.
Para diferenciar entre as fontes cósmicas e terrestres de anti-hélio, um experimento no centro de pesquisas do CERN usando o acelerador de partículas já forneceu dados valiosos. Ao colidir prótons (componentes principais da radiação cósmica) e átomos de chumbo com altas velocidades, eles determinaram a probabilidade de criar núcleos de anti-hélio-3, permitindo-lhes distinguir entre essas fontes possíveis de anti-hélio e rastreá-las de volta às suas possíveis regiões de origem.
A colaboração STAR, usando o acelerador de partículas do Laboratório Nacional Brookhaven, realizou experimentos envolvendo colisões de núcleos atômicos de ouro. Esses experimentos envolvem aceleradores de partículas e outros aparelhos, recriando condições semelhantes ao Big Bang e produzindo um grande número de partículas de matéria e antimatéria.
O núcleo atômico de antimatéria mais pesado descoberto no estudo, antihipertrítio-4, foi criado a partir dessas colisões. O acelerador de partículas e o aparelho associado desempenharam um papel crucial na criação das temperaturas e pressões extremas necessárias para a formação desse núcleo raro.
