“Pedaços” teóricos chamados bolas Q se formaram nos momentos após o Big Bang.
Um dos maiores mistérios cosmológicos é por que o universo é feito de muito mais matéria do que antimatéria, essencialmente por que existimos. Agora, uma equipe de físicos teóricos afirma saber como encontrar a resposta. Tudo o que eles precisam fazer é detectar as ondas gravitacionais produzidas por objetos quânticos bizarros chamados bolas Q.
Todo tipo de partícula de matéria comum tem um parceiro de antimatéria com características opostas – e quando a matéria interage com a antimatéria, as duas se aniquilam. Esse fato torna nossa existência um mistério, pois os cosmologistas têm certeza de que, no início do universo, quantidades iguais de matéria e antimatéria foram produzidas; aqueles parceiros de matéria e antimatéria deveriam ter se aniquilado uns aos outros, deixando o universo destituído de qualquer matéria. No entanto, a matéria existe e os pesquisadores estão lentamente descobrindo os motivos.
Uma razão potencial pode estar nas bolas Q, “protuberâncias” teóricas que se formaram nos momentos após o Big Bang, antes que o universo inflasse rapidamente como um balão. Esses objetos conteriam sua própria assimetria matéria-antimatéria, o que significa que dentro de cada bola Q existiriam porções desiguais de matéria e antimatéria. Quando essas bolas Q “estouraram”, elas teriam liberado mais matéria do que antimatéria – e desencadeado ondulações gravitacionais no espaço-tempo. Se esses objetos realmente existissem, poderíamos detectá-los usando ondas gravitacionais, de acordo com um novo artigo publicado em 27 de outubro na revista Physical Review Letters.
De acordo com a física de partículas, a estrutura do universo é coberta por diferentes campos quânticos, cada um dos quais descreve alguma propriedade (como o eletromagnetismo) em todos os pontos do espaço. As flutuações nesses campos dão origem às partículas fundamentais que constituem a nossa realidade física. Para ilustrar como esses campos funcionam, imagine um trampolim com uma bola de boliche no centro. A forma que a bola de boliche dá ao trampolim representa quanta energia qualquer ponto do campo está contribuindo para o universo – quanto mais próximo da depressão central, maior a energia potencial. Assim como a forma da superfície do trampolim governa como uma bola de gude rolaria ao redor da bola de boliche, a “forma” de um campo governa o comportamento do campo.
Uma teoria, proposta em 1985 pelos físicos da Universidade de Princeton Ian Affleck e Michael Dine, busca explicar a assimetria matéria-antimatéria do universo, dizendo que os campos que governavam aquela inflação inicial semelhante a um balão do universo tinham que ser bastante rasos em ordem para que essa inflação ocorresse – ou seja, a bola de boliche no centro da cama elástica não era muito pesada. E da mesma forma que uma bola de gude rolando em torno da depressão rasa de uma bola de boliche não ganha ou perde muita velocidade, a forma do campo significa que a energia que governa a inflação do universo permanece uniforme.
Como a inflação requer essa uniformidade, o campo não pode interagir muito fortemente com quaisquer outros campos (essencialmente outros trampolins) para criar partículas. Mas, de acordo com a teoria de Affleck e Dine, esse campo interagia com outros de uma maneira que criava mais partículas de matéria do que partículas de antimatéria. Para manter essa forma uniforme, o campo continha essas partículas em “pedaços”.
“Esses pedaços são chamados de bolas Q. Eles são apenas pedaços de campo”, disse o autor principal Graham White, físico do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo.
Conforme o universo se expandia, essas bolas Q pairavam por aí. “E, eventualmente, eles se tornam a parte mais importante do universo em termos de quanta energia há neles em comparação com o resto do universo.”
Mas eles não duram para sempre. Quando as bolas Q desaparecem – salpicando o universo com mais matéria do que antimatéria – elas desaparecem tão repentinamente que produzem ondas sonoras. Essas ondas sonoras atuam como uma fonte para as ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais, propõe o novo estudo. Se essas ondas gravitacionais existem, elas podem ser medidas aqui na Terra por detectores como o Laser Interferometer Space Array (LISA) da NASA e o telescópio Einstein subterrâneo, argumenta a equipe de White.
Esta não é a única teoria a explicar a assimetria matéria-antimatéria do universo. Mas White disse que tudo bem, visto que estamos em um ponto excitante em que, se um desses paradigmas estiver correto, provavelmente poderemos prová-lo. “[Há] um monte de máquinas que estamos ligando na década de 2030 que podem ver essas ondas gravitacionais”, disse White. “Se os virmos, isso é realmente emocionante.” Mas mesmo que os detectores não consigam encontrar essas ondulações Q-ball, isso também é uma boa notícia porque significa que teorias mais simples estão provavelmente corretas – e são mais fáceis de testar, disse ele. “Então, de certa forma, é um pouco impossível de perder.”
Publicado em 17/12/2021 11h57
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