Por que metade do Universo está faltando?
A resposta a esta pergunta é a chave para entender por que qualquer coisa existe.
- Quando o Universo começou, o cosmos estava cheio de energia. Como a energia pode se converter em matéria e antimatéria, à medida que o Universo esfriou, a energia deveria ter feito porções iguais de matéria e antimatéria.
- No entanto, quando olhamos ao nosso redor, ficamos com uma observação intrigante: o Universo que vemos é feito apenas de matéria. Não há explicação para essa 'assimetria' fundamental.
- Entender por que o Universo foi criado com mais matéria do que antimatéria é a chave para entender por que qualquer coisa existe.
Os cientistas conhecem um número surpreendente de coisas exóticas. Por exemplo, sabemos que o Universo começou há quase 14 bilhões de anos em um evento cataclísmico chamado Big Bang. A primeira evidência experimental de que o Big Bang aconteceu foi relatada em 1929, e o caso só se fortaleceu no século passado. Não há dúvida crível de que isso aconteceu.
Também sabemos que, além da forma ordinária da matéria que compõe você e eu, existe uma forma exótica, chamada antimatéria, que tem a propriedade de, ao tocar a matéria ordinária, as duas se aniquilarem em um flash incrivelmente grande. de energia. De fato, um grama de antimatéria, quando colocado em contato com um grama de matéria, liberaria aproximadamente a mesma quantidade de energia que a bomba atômica de 1945 que devastou Hiroshima.
Embora a combinação de matéria e antimatéria possa criar energia, o inverso também é verdadeiro. A energia pode criar matéria e antimatéria em quantidades iguais. A antimatéria foi observada pela primeira vez em 1931 e, novamente, o caso só foi reforçado. A existência da antimatéria é suficientemente bem aceita, de modo que desempenhou um papel proeminente (e um tanto realista) no romance de grande sucesso de Dan Brown. Anjos e Demonios.
A matéria com a antimatéria
Embora os dados que provam a existência do Big Bang e da antimatéria sejam simplesmente esmagadores, há um problema. Quando combinamos esses dois fatos, surge um mistério intrigante: eles não podem ser verdadeiros simultaneamente ou, no mínimo, a história está incompleta.
Aqui está o problema. Quando o Universo começou, o cosmos estava cheio de energia. A energia pode se converter em matéria e antimatéria. À medida que o Universo se expandia e esfriava, toda aquela energia deveria ter feito matéria e antimatéria em quantidades iguais. No entanto, quando olhamos ao nosso redor, ficamos com uma observação intrigante: o Universo que vemos é feito apenas de matéria.
É em uma galáxia muito, muito distante?
Uma sugestão comum é que talvez a antimatéria esteja apenas “lá fora” no Universo. Afinal, se matéria e antimatéria não se tocam, não tem problema. Em princípio, a Lua poderia ser antimatéria. No entanto, sabemos que isso não é verdade. Por exemplo, como Neil Armstrong e todo o módulo lunar eram feitos de matéria, se a Lua fosse feita de antimatéria, quando a espaçonave tocasse a superfície da Lua, haveria uma tremenda explosão. Mas isso não aconteceu, então sabemos que a Lua é feita de matéria.
A exploração de outros objetos planetários resulta na mesma conclusão para nossa vizinhança cósmica: o sistema solar é feito de matéria. Mas e as outras estrelas? Podemos ter certeza de que outras estrelas na Via Láctea também são feitas de matéria.
Estrelas como o nosso Sol estão constantemente emitindo partículas, o que é chamado em nosso sistema planetário de “vento solar”. Basicamente, consiste em átomos do Sol que voam para o espaço interestelar.
Se existissem estrelas de antimatéria, elas lançariam átomos de antimatéria, e os átomos de matéria e antimatéria se misturariam nas profundezas entre as estrelas. Ocasionalmente, átomos de matéria e antimatéria se tocam e se aniquilam. Quando isso acontecesse, o resultado seria uma forma muito específica de radiação gama (que são como raios-X muito energéticos).
Como nenhuma radiação gama foi detectada, temos certeza de que outras estrelas também são feitas de matéria. E o mesmo princípio exclui a existência de galáxias de antimatéria. No vazio intergaláctico entre as galáxias, nuvens de gás ao redor das galáxias se tocariam, e saberíamos se uma nuvem de matéria e antimatéria se misturassem.
Então, onde está toda a antimatéria?
Se não somos salvos pela possibilidade de existirem galáxias de matéria e antimatéria, onde estamos? Ficamos com a possibilidade muito estranha de que, de alguma forma, quando o Universo começou, havia mais matéria do que antimatéria. E, de fato, este parece ser o caso.
As evidências indicam que muito cedo na história do Universo, menos de um segundo após o seu início, para cada dois bilhões de partículas de antimatéria, havia dois bilhões e um partículas de matéria. Os dois bilhões de partículas de matéria e antimatéria se aniquilaram, deixando uma partícula de matéria para se juntar a todas as outras partículas de matéria restantes para formar a matéria que agora vemos ao nosso redor.
A energia liberada quando a matéria e a antimatéria são aniquiladas está em toda parte. Nós o vemos como um banho de ondas de rádio, chamado de radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). É medindo o CMB e contando os prótons no Universo que a relação matéria-antimatéria foi determinada.
Um mistério de assimetria
Como é possível que haja um pequeno desequilíbrio entre a matéria e a antimatéria do Universo primitivo? Não sabemos, mas os cientistas têm algumas ideias.
Por exemplo, na década de 1960, os cientistas descobriram que o Universo favorece ligeiramente certas partículas de matéria subatômica sobre seus equivalentes de antimatéria. Essas partículas são chamadas de quarks. No entanto, a disparidade entre quarks e quarks de antimatéria não é suficiente para explicar o Universo, então os pesquisadores têm outra ideia.
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Os neutrinos são partículas de massa muito baixa que são produzidas em algumas formas de decaimento radioativo, e o maior produtor próximo de neutrinos é o nosso próprio Sol. Os pesquisadores estão construindo aceleradores de partículas e detectores para estudar o comportamento de neutrinos e neutrinos de antimatéria para ver se eles são diferentes. Se neutrinos e neutrinos de antimatéria agem de maneira diferente, pode ser a resposta para o mistério – o que pode significar que nosso Universo se formou via leptogênese (“criação a partir de partículas de baixa massa”).
Embora existam várias instalações que estão sendo construídas para estudar essa possibilidade, a maior delas nos EUA é chamada DUNA (Experimento de Neutrino Subterrâneo Profundo). Nesta experiência, pesquisadores do Fermilab A instalação perto de Chicago disparará neutrinos e neutrinos de antimatéria para um detector de espera a 1.300 km de distância, em Dakota do Sul. O DUNE deve iniciar suas operações ainda nesta década. (Divulgação completa: sou pesquisador do Fermilab, embora não seja afiliado ao DUNE.)
Embora ninguém saiba por que o Universo favorece a matéria em detrimento da antimatéria, é uma questão importante. Sem aquele pequeno desequilíbrio (ou assimetria ), nós simplesmente não existiríamos. Portanto, é uma pergunta que precisamos responder se quisermos entender por que as galáxias, as estrelas e nós, humanos, resistimos.
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