Novas luzes sobre a origem da matéria

(com Science Daily)

Simulação que detectou o Bóson de Higgs, no LHC 9Fonte: CERN)

Simulação que detectou o Bóson de Higgs, no LHC (Fonte: CERN)

Uma característica fundamental das partículas elementares é que algumas delas tem carga elétrica. O próton, por exemplo, tem carga positiva de 1,60217653(14)×10−19 Coulombs. O elétron tem a mesma carga, só que negativa. Essas cargas elétricas são fundamentais para a manutenção de todos os parâmetros do Universo que conhecemos. Dessas cargas dependem a coesão dos átomos, as ligações químicas entre esses átomos, e coisas mais palpáveis, como a energia elétrica que chega em sua residência.

Saber o papel da carga elétrica nas partículas fundamentais é importante para entendermos o que é antimatéria. Bem, a antimatéria é a matéria com carga elétrica invertida. E isso faz com que a antimatéria tenha uma característica realmente especial: a de se aniquilar completamente em contato com a matéria. Quando uma partícula de matéria se encontra com uma partícula de antimatéria, toda a massa é aniquilada e se transforma em energia.

Tudo isso leva a uma outra pergunta: de acordo com a teoria do Big Bang, a explosão primordial produziu a mesma quantidade de matéria e antimatéria. No entanto, um mistério permanece: por que existe matéria no Universo, se matéria e antimatéria foram produzidas em quantidades iguais? Em 2013, um experimento do CERN já mostrou diferenças no padrão de decaimento entre matéria e antimatéria. Agora, uma nova pesquisa pode mostrar novas soluções para essa questão.

Um grupo de pesquisadores da UCLA publicou um trabalho no Physical Review Letters associando essa diferença ao Bóson de Higgs, partícula que recentemente teve sua existência comprovada pelo CERN, e que tem o papel de “atribuir massa” às partículas.

No universo primordial, havia uma “sopa” de partículas elementares soltas que se aniquilavam enquanto o tamanho do Universo crescia rapidamente. Nessa sopa de partículas, uma pequena assimetria entre matéria e antimatéria, da ordem de uma partícula a cada dez bilhões, fez com que o Universo tomasse o formato atual, com a matéria bariônica estando na quantidade atual e sendo composta de elétrons com carga elétrica negativa e de prótons com carga elétrica positiva.

Para a equipe liderada por Alexander Kusenko, a existência de matéria no formato e na quantidade atual são fruto de uma instabilidade temporária no “campo de Higgs”, que teve sua existência comprovada juntamente com o bóson de nome análogo. Esse campo, presente no universo primordial, foi o cenário em que as partículas se “condensaram” após as temperaturas extremas do início.

Simplificando: o Campo de Higgs é um local para a atribuição de massa às partículas em situações extremas (como a do Big Bang), e, nessa atribuição de massa, o campo foi sofrendo um movimento de relaxamento de acordo com a expansão do Universo e a diminuição das temperaturas. Esse relaxamento fez com que, temporariamente, a simetria entre matéria e antimatéria fosse quebrada. E isso foi decisivo para a construção do Universo atual, com todas as galáxias, estrelas e planetas existentes.

Para Kusenko, “as partículas do universo primordial tiveram que decair para um ponto de equilíbrio, em um processo de relaxamento do Campo de Higgs”.

Louis Yang, da UCLA, e Lauren Pearce, da Universidade de Minessotta, foram co-autores do estudo, que foi patrocinado pelo Departamento de Energia dos EUA, pela National Scientific Foundation e pelo WPI -World Premier Internacional Research Center, no Japão.

Referência

Alexander Kusenko, Lauren Pearce, Louis Yang. Postinflationary Higgs Relaxation and the Origin of Matter-Antimatter Asymmetry. Physical Review Letters, 2015; 114 (6) DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.061302

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