Acelerador de partículas nos Estados Unidos gerou o maior núcleo atômico de antimatéria já encontrado

Quando observamos o Universo, nós estamos observando matéria visível ou matéria bariônica. Tudo que enxergamos é composto pelo que conhecemos como partículas como prótons, elétrons e nêutrons. Os prótons são partículas que possuem uma carga positiva enquanto os elétrons possuem carga negativa. Entretanto, na Física, é esperado que para cada partícula, exista uma outra partícula idêntica mas com carga oposta chamada antipartícula.

A intuição diria que deveríamos observar uma quantidade igual de objetos feitos de antipartículas ou a aniquilação deles gerando radiação extremamente energética. Na prática, isso não acontece e antimatéria é considerado um dos materiais mais raros de ser observado. Isso porque a antimatéria rapidamente se aniquila com a matéria como a que nós conhecemos. Logo encontrar átomos pesados e moléculas de antimatéria é um desafio enorme dentro da Física.

Um grupo de físicos publicou na renomada revista Nature que encontraram o núcleo mais pesado de antimatéria até hoje. O núcleo ficou conhecido como antihyperhydrogen-4 e é composto por um antipróton, dois antinêutrons e um anti-híperon. A descoberta aconteceu em experimentos no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) que é um acelerador de partículas em Nova York.

Antipartículas

As partículas possuem uma contraparte chamada de antipartícula que são idênticas exceto pela carga. O elétron é uma partícula negativa que possuem como antipartícula o antielétron ou pósitron com carga positiva. O próton é uma partícula com carga positiva que possui uma antipartícula chamada antipróton que possui carga negativa. O pósitron foi a primeira antipartícula descoberta logo na década de XXX.

Uma forma de estudar as antipartículas é em aceleradores de partículas que pares de partículas e antipartículas são criados e aniquilados. Ao observar a quantidade de radiação gama e a criação de outras partículas durante as colisões, é possível obter informações sobre as propriedade delas. Porém, manter antipartículas e conseguir núcleos maiores é um desafio na Física já que elas facilmente se aniquilam com partículas.

Assimetria bariônica

Como é esperado que pares de partículas e antipartículas sejam criados, estima-se que há a mesma quantidade de matéria e antimatéria no Universo. Mas ao observar, percebemos que praticamente tudo que observamos é feito majoritariamente de matéria, com pouca ou nenhuma antimatéria. Isso leva a questão de onde está a antimatéria e o motivo de não conseguirmos observar no Universo. O problema é chamado de assimetria bariônica.

Uma das explicações para a assimetria bariônica é que nos primeiros momentos do Universo, alguma coisa favoreceu a criação de matéria em vez de antimatéria. Ainda não se sabe o que pode ter influenciado mas experimentos realizados em aceleradores de partículas buscam diferenças entre matéria e antimatéria além da carga. E se é possível encontrar alguma diferença que faça com que as leis físicas atuem de forma diferente.

Relativistic Heavy Ion Collider

Um dos aceleradores de partículas que tem como objetivo buscar as diferenças de matéria e antimatéria ao imitar primeiros momentos do Universo é o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Esse acelerador está localizado em Nova York e tem objetivo de estudar colisões entre íons pesados com velocidades próximas a da luz. Um dos objetivos é estudar um estado da matéria chamada plasma de quarks e glúons.

Alguns núcleos atômicos que são usados no RHIC são de ouro e de chumbo que permite estudar colisões de núcleos pesados e entender o resultado. O trabalho do RHIC é pioneiro em estudar o estado da matéria plasma de quarks e glúons e foi um dos primeiros a confirmar a existência. Algumas das propriedades conhecidas sobre esse estado da matéria foi devido ao RHIC como o comportamento igual de fluido ideal.

Átomo mais pesado

Recentemente, pesquisadores do RHIC anunciaram a descoberta do núcleo mais pesado de antimatéria encontrado até hoje. O núcleo ficou conhecido como antihyperhydrogen-4 e contém um antipróton, dois antinêutrons e um anti-híperon. Esse núcleo foi encontrado quando os pesquisadores observaram traços das partículas e antiparticulas que o núcleo rapidamente decai.

Uma dessas antipartículas foi o núcleo que era considerado o mais pesado antes desse. Reconstruindo as partículas, o resultado foi o antihyperhydrogen-4. Apesar disso, encontrar todas as partículas e juntá-las foi um desafio de procurar uma agulha em um palheiro já que a combinação tinha várias variáveis. No fim, os pesquisadores encontraram 16 núcleos de antihyperhydrogen-4.

Encontrando diferenças

Os núcleos mais pesados de antimatéria pode mostrar diferenças entre partículas e antipartículas. Encontrar essas diferenças é importante para entender o motivo que há mais matéria do que antimatéria no Universo. Se é possível que alguma diferença fez com que as leis da Física desse preferência às partículas do que ás antipartículas.

Referência da notícia:

STAR Collaboration 2024 Observation of the antimatter hypernucleus Nature