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Aug 18, 2023

Por que a matéria e nosso universo existem?

Ao se inscrever, você concorda com nossos Termos de Uso e Políticas. Você pode cancelar a assinatura a qualquer momento. O início do nosso universo foi violento e caótico. Partículas de matéria e antimatéria entraram e

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O início do nosso universo foi violento e caótico. Partículas de matéria e antimatéria surgiram e desapareceram, desaparecendo em explosões de luz. Criados aos pares, se elétrons, nêutrons, prótons e seus equivalentes de antimatéria (com cargas elétricas opostas) se tocassem, eles se aniquilariam, restando apenas energia pura, visível nos flashes dos fótons. E se esse equilíbrio tivesse sido mantido, não teríamos mais nada. Não haveria universo – nem nós.

Mas claramente esse não é o caso, e de alguma forma a matéria prevaleceu, com as partículas restantes formando átomos, moléculas e, eventualmente, toda a matéria que existe. E, surpreendentemente, não há muita antimatéria que possamos encontrar.

O que explica este problema de assimetria, mesmo quando a matemática parece apontar no sentido contrário, exigindo simetria? Um novo artigo do grupo liderado pelo físico vencedor do Prêmio Nobel Eric A. Cornell, do JILA/NIST da Universidade do Colorado em Boulder, dá um passo no sentido de responder a esta questão.

Eric Allin Cornell compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 2001 com Carl E. Wieman e Wolfgang Ketterle, por seu trabalho na síntese do primeiro condensado de Bose-Einstein em 1995. Agora, o grupo de físicos experimentais de Cornell na JILA tem estudado partículas fundamentais como elétrons para detectar assimetria.

No seu novo estudo, publicado na Science, o grupo partilha uma medição recorde de eletrões, aproximando-nos da descoberta da origem da assimetria.

A equipe concentrou sua atenção no chamado momento de dipolo elétrico do elétron (eEDM). O eEDM nos diz quão uniformemente a carga elétrica negativa transportada por um elétron está distribuída entre seus pólos norte e sul. Se houver uma irregularidade, com uma medição de eEDM acima de zero, isso indicaria que o elétron não é completamente circular e tem mais formato de ovo. Isto, por sua vez, seria evidência de uma assimetria que poderia explicar a existência da matéria.

Trabalhando com moléculas de fluoreto de háfnio, a equipe de Cornell avançou significativamente nossa capacidade de medir o eEDM. Eles conseguiram fazer uma medição 2,4 vezes mais precisa do que as feitas anteriormente.

Como explica o comunicado de imprensa do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), o processo envolveu o uso de um laser ultravioleta para retirar elétrons das moléculas, criando um conjunto de íons carregados positivamente, que foram então aprisionados.

Um campo eletromagnético alternava em torno da armadilha para fazer com que as moléculas se alinhassem ou não. Lasers foram então empregados para medir os níveis de energia nos dois grupos criados dessa forma. Qualquer diferença nos níveis indicaria que os elétrons não são simétricos.

Para o novo experimento, a equipe conseguiu tempos de medição mais longos do que anteriormente. Isso, por sua vez, levou a uma melhor sensibilidade e precisão. No entanto, não notaram qualquer movimento nos níveis, concluindo que, pelo menos neste nível de precisão, os eletrões ainda parecem ser circulares.

Crédito: Casey A. Cass/Universidade do Colorado

A Interesting Engineering conversou com o Dr. Eric Cornell para obter mais informações sobre os métodos e resultados do grupo.

O texto a seguir foi ligeiramente editado para maior clareza e fluidez.

Engenharia interessante: Por que é importante encontrar evidências de assimetria?

Dr. Cornell: Sabemos desde o início que existe assimetria e na assimetria matéria versus antimatéria, o universo é composto de uma e não da outra. E podemos basicamente olhar para trás no tempo e ver que depois do Big Bang, havia mil milhões de vezes mais coisas no universo do que há agora. E para cada 1 bilhão de prótons e 1 bilhão de antiprótons, havia na verdade um bilhão e um prótons, e então todos eles ficaram juntos. E o que sobrou foi uma pequena fração da matéria e da antimatéria que sobraram após o Big Bang.