Estudo publicado na revista Science e conduzido no colisor RHIC aponta que a chave para o descompasso entre matéria e antimatéria pode residir na intermutação entre quarks e glúons.
Modern physics predicts that the universe’s matter and antimatter should have mutually annihilated at the dawn of time, leaving the cosmos bereft of galaxies, stars and planets. Why that didn’t happen remains a mystery, but scientists just found a new clue (Victor De Schwanberg / Science Photo Library / Getty Images).
Resumo
Por que existe algo em vez de nada? A física moderna tenta responder a esse dilema investigando o motivo pelo qual o Big Bang produziu uma quantidade de matéria ligeiramente superior à de antimatéria, evitando a aniquilação total do universo. Novas evidências experimentais obtidas por meio do detector STAR no Colisor de Íons Pesados Relativísticos (RHIC), localizado no Laboratório Nacional de Brookhaven, indicam que a conservação do "número bariônico" — quantidade que rege prótons e nêutrons — não depende apenas dos quarks isolados, mas de suas complexas interações com os glúons. O estudo foi detalhado em artigo divulgado pela revista Science e repercutido pela Scientific American.
O que aconteceu?
No início dos tempos, a matéria e a antimatéria deveriam ter se destruído mutuamente por completo ao interagirem, resultando em um cosmos vazio preenchido apenas por energia pura. No entanto, o universo primitivo deixou para trás um minúsculo excesso de matéria que formou tudo o que observamos hoje.
Para entender como essa assimetria se sustenta e como a conservação do número bariônico opera, uma colaboração internacional de cientistas utilizou o extinto acelerador RHIC para colidir núcleos pesados, como os de zircônio e rutênio. Analisando a propagação de cargas e o transporte dessas propriedades fundamentais pelas partículas geradas no impacto, a equipe demonstrou que o comportamento do número bariônico está intimamente atrelado à estrutura dos glúons.
Por que esta descoberta é importante?
O número bariônico representa a contagem líquida de partículas bariônicas (como os prótons) subtraída das antipartículas correspondentes. Em todas as colisões de alta energia controladas em laboratório, essa grandeza líquida permanece rigidamente conservada.
Descobrir como o número bariônico é transportado e codificado dentro dos hádrons é um passo essencial para compreender a estabilidade da matéria no universo. Como destacam os pesquisadores citados pela Scientific American, embora o achado não responda por completo ao motivo de existirmos, ele desvenda a dinâmica microscópica que rege a conservação dessa propriedade desde o nascimento do cosmos.
Como funciona?
Tradicionalmente, acreditava-se que o número bariônico de um próton residia estritamente em seus três quarks constituintes (dois quarks "up" e um quark "down"). Contudo, a análise de colisões nucleares revelou novas nuances:
- O Papel da Carga e da Neutralidade: Ao comparar núcleos de rutênio e zircônio — que possuem o mesmo número total de nucleons mas cargas elétricas diferentes —, os cientistas conseguiram isolar o efeito da carga elétrica pura.
- A Intervenção dos Glúons: Os dados comprovaram que a carga elétrica sozinha não consegue explicar a rota de transporte do número bariônico, apontando que as estruturas neutras mediadoras da força forte, os glúons, exercem um papel dinâmico fundamental no processo.
Contexto histórico
O colisor RHIC, palco dessa descoberta, encerrou suas operações para dar espaço a uma nova geração de instalações de pesquisa em Brookhaven. Contudo, suas contribuições finais para a física de alta energia e para a compreensão da cromodinâmica quântica consolidam décadas de avanços experimentais sobre o comportamento da matéria sob condições extremas semelhantes às do universo primordial.
Aplicações
- Aprimoramento das teorias fundamentais da cromodinâmica quântica (QCD).
- Compreensão mais aprofundada da simetria entre matéria e antimatéria.
- Novas diretrizes para simulações de plasmas de quarks e glúons em colisores modernos.
- Ampliação do conhecimento sobre a evolução do universo nos primeiros instantes após o Big Bang.
"A ciência é uma maneira de pensar muito mais do que um conjunto de conhecimentos."