O feitiço meson poderia responder por que há mais matéria do que antimatéria no universo.
Cientistas que trabalham no maior destruidor de átomos do mundo pegaram uma partícula subatômica bizarra no ato de mudar de matéria para antimatéria. A descoberta pode nos ajudar a entender como o universo foi salvo da aniquilação total logo depois que explodiu em existência.
Usando dados da segunda execução do Large Hadron Collider (LHC), os pesquisadores da Universidade de Oxford identificaram o méson de charme – uma partícula minúscula que contém uma versão de matéria e uma antimatéria do quark, o bloco de construção fundamental da matéria – transformando-se de volta e entre os dois estados.
Cada partícula possui uma antipartícula equivalente com a mesma massa, tempo de vida e spin atômico, mas com carga oposta. Algumas partículas, como o fóton (partículas de luz) são suas próprias antipartículas, enquanto outras podem existir como matéria e antimatéria ao mesmo tempo, graças às peculiaridades bizarras de um fenômeno chamado superposição quântica.
O charme meson se enquadra nesta categoria final. A superposição quântica – que emerge da mecânica quântica, ou as estranhas regras que governam o mundo do muito pequeno – permite que partículas minúsculas existam em muitos estados diferentes ao mesmo tempo, essencialmente como uma mistura de partículas diferentes, até que essas partículas sejam observadas e escolham uma Em vez de serem apenas partículas, elas também são como pequenas ondas, com a magnitude dessas ondas em qualquer ponto do espaço representando a probabilidade de encontrar uma partícula naquele ponto.
Quando o mesão de charme (formalmente denominado D0) e sua contraparte antipartícula (anti-D0) existem em sobreposição, as ondas de D0 e anti-D0 se sobrepõem de várias maneiras para formar duas outras partículas de matéria, chamadas D1 e D2, que também estão em um estado de superposição. Embora D1 e D2 sejam compostos dos mesmos ingredientes de partícula (D0) e antipartícula (anti-D0), eles têm misturas ligeiramente diferentes de cada um, dando-lhes massas e tempos de vida diferentes.
O contrário também é verdade; D1 e D2 também podem se sobrepor para produzir D0 ou anti-D0, dependendo de como eles são adicionados um sobre o outro.
“Você pode pensar no D0 como uma mistura de D1 e D2, ou D1 como uma mistura de D0 e anti-D0, são apenas duas maneiras de olhar para o mesmo fenômeno”, co-autor Chris Parkes, um físico experimental da Universidade de Manchester e porta-voz do LHC, disse ao Live Science.
Como a massa dessas ondas de partículas decide seu comprimento de onda e, portanto, como elas interferem umas nas outras, a diferença de massa entre o D1 mais pesado e o D2 mais leve que decide a rapidez com que o mesão de charme alterna entre sua matéria (D0) e antimatéria ( anti-D0) formulário.
E essa diferença de massa é absolutamente minúscula: apenas 3,5×10 ^ menos 40 onças (ou 0,00000000000000000000000000000000000000001 quilogramas).
Para fazer uma medição tão precisa, os pesquisadores observaram 30,6 milhões de mésons de charme logo após terem sido feitos, quando dois prótons se chocaram dentro do LHC. Os mésons encantados viajam apenas uma fração de polegada antes de se decomporem em partículas mais leves, mas os detectores ultraprecisos dentro do acelerador de partículas permitiram à equipe comparar os mésons encantados que viajaram a distância mais curta com aqueles que foram mais longe. Os pesquisadores então usaram essa diferença para calcular a diferença de massa entre os dois estados possíveis.
Esta é a segunda vez que uma partícula foi pega oscilando entre matéria e antimatéria dessa forma, a primeira sendo uma medição de 2006 do méson de estranha beleza. Mas detectar isso no meson de charme foi muito mais difícil porque normalmente a partícula instável decai antes de fazer a troca, de acordo com os pesquisadores.
“O que torna esta descoberta da oscilação na partícula do meson charme tão impressionante é que, ao contrário dos mésons da beleza, a oscilação é muito lenta e, portanto, extremamente difícil de medir dentro do tempo que leva para o meson decair,” co-autor Guy Wilkinson , um físico experimental da Universidade de Oxford, disse em um comunicado.
As partículas que podem dar o salto entre a matéria e a antimatéria são importantes porque estão no cerne de um dos maiores mistérios da ciência: por que o universo existe em primeiro lugar.
De acordo com o modelo padrão, a teoria que descreve as partículas fundamentais que compõem o universo, matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais pelo Big Bang. No entanto, o universo em que vivemos é quase inteiramente feito de matéria. E porque a matéria e a antimatéria se aniquilam no contato, o universo deveria ter se aniquilado no exato momento, ou logo depois, ele começou. Qual foi então a causa do desequilíbrio?
Algumas hipóteses sugerem que partículas como o méson de charme poderiam ter salvado o universo material da aniquilação – especialmente se elas fizerem a transição da antimatéria para a matéria com mais freqüência do que o contrário. Com um LHC atualizado para ser reativado em setembro, após ter sido encerrado por mais de três anos, e investigações de mésons semelhantes programadas para serem realizadas pelo experimento Belle II do Japão, a descoberta de outras pistas pode não estar tão longe.
Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 7 de junho no servidor de pré-impressão arXiv, então o estudo ainda não foi revisado por pares.
Publicado em 27/06/2021 08h45
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