Cientistas estão estudando um dos maiores mistérios da física, e estes são os resultados até agora

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Experiências em busca de uma solução para um dos mais desconcertantes mistérios da física recentemente entregou suas primeiras rodadas de resultados, estabelecendo novos limites sobre onde precisamos procurar evidências.

Com base em nossa compreensão atual da física, a matéria não deveria existir. O fato de isso significar que algo está errado em nossas equações fazem os cientistas irem a extremos para determinar exatamente o que é.

Neste momento, há quatro experimentos importantes sendo conduzidos em todo o mundo, buscando sinais de partículas pouco detectáveis.

Para entender por que vale a pena o esforço, temos que voltar ao começo de tudo: como partículas subatômicas resfriadas da radiação que compunham o primeiro piscar do Universo, elas assumiram uma de duas formas – o que agora descrevemos como matéria e antimatéria.

O problema é que esses objetos opostos se cancelam em um flash de energia quando se encontram novamente. Se ambos os tipos de partículas são criados próximos uns dos outros em quantidades iguais, a matemática simples diz que não devemos ter mais nada.

Enquanto uma pitada de antimatéria ainda existe por volta de 13,8 bilhões de anos depois daquela grande aniquilação, a maioria dos objetos visíveis é feita de apenas um tipo de partícula-matéria. Claramente as somas estão feitas, provavelmente em algum lugar entre a criação das partículas e seu cancelamento.

Um tipo de partícula chamado neutrino oferece uma resposta potencial a esse paradoxo.

Como o nome sugere, os neutrinos são carregados de forma neutra. Isso, e o fato de serem um milhão de vezes mais leves que um elétron, significa que eles quase não interagem com outras partículas.

Mas as propriedades estranhas dessas “partículas fantasmas” também significam que há uma possibilidade de os neutrinos serem realmente matéria e antimatéria em uma espécie de forma espelhada de si mesmos.

Se puder ser demonstrado como verdadeiro, abre-se um caminho para explicar por que nosso Universo não se cancelou imediatamente.

Uma maneira de descobrir é procurar a conservação de um número quântico em particular à medida que pares de nêutrons se decompõem dentro de certos isótopos. As partículas produzidas por este decaimento devem totalizar um saldo de números leptônicos: se um +1 sair, um -1 também deve aparecer.

Em isótopos onde um par de nêutrons se transforma em um par de prótons, podemos esperar dois elétrons e dois neutrinos. Como os neutrinos devem ter números leptônicos opostos aos elétrons, podemos nos referir a essa variedade como antineutrinos.

No caso improvável, mas excitante, de não ver esses antineutrinos, a regra seria quebrada. Isso nos daria alguma margem para explorar como o comportamento dos neutrinos poderia levar a um tipo de matéria dominando o outro.

Tudo isso é bom no papel, mas lembre-se, os neutrinos não chegam exatamente acenando com uma bandeira vermelha. É aí que esses quatro experimentos entram.

O Observatório Criogênico Subterrâneo para Eventos Raros (CUORE) no Laboratório Gran Sasso, na Itália, é baseado em apenas um lampejo em um dos 1.000 cristais de dióxido de telúrio para anunciar o momento de um decaimento beta duplo sem neutrinos.

Para qualquer molécula de dióxido de telúrio, esperamos que isso aconteça uma vez em um período de 10 septilhões de anos (1 seguido de 25 zeros). Mesmo com o número de moléculas em todos esses cristais, eles esperam ver apenas cinco decaimentos nos próximos cinco anos.

“É um processo muito raro – se observado, seria a coisa mais lenta que já foi medida”, disse Lindley Winslow, membro da CUORE.

A propósito, todo o experimento é mantido a 6 graus Kelvin acima do zero absoluto, tornando-se também o metro cúbico mais frio conhecido no Universo.

Um segundo experimento no Gran Sasso está usando o isótopo germânio-76. Eles têm menos material para decaimento, mas a configuração toda está provando ser extremamente sensível, reduzindo o risco de perder o evento se isso acontecer.

Do outro lado do Atlântico, no Novo México (EUA), o Observatório de Xenônio Enriquecido (EXO-200) está abrigando uma experiência a 600 metros da superfície, com base em possíveis decaimentos no isótopo xenônio-136.

Também nos EUA, no Sanford Underground Research Facility, uma colaboração está trabalhando em um experimento chamado MAJORANA Demonstrator. Desta vez é um pedaço de germânio-76 dobrado sob 1,6 quilômetros de rocha, dentro de uma antiga mina.

Recentemente, a equipe compartilhou sua própria análise de sua configuração, e mostrou que toda a rocha circundante está fazendo um trabalho de proteger seus detectores de partículas de radiação que podem gerar falsos alarmes.

Até agora, os resultados desses experimentos reduziram os lugares para caçar essa anomalia de quebra de regras. Isso é útil, mas não é exatamente a resposta que estamos procurando.

As pesquisas foram publicadas na Physical Review Letters aquiaquiaqui e aqui.

Traduzido e adaptado de Science Alert.

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