Quando opostos se encontram! Por que matéria e antimatéria acabam se aniquilando?

Um dos grandes mistérios do Universo é a questão da falta de simetria entre matéria e antimatéria. Durante o Big Bang, deveria ter sido criado uma quantidade idêntica de matéria e antimatéria mas não é o que vemos hoje. No Universo, a matéria parece ter superado a quantidade de antimatéria e por isso acabamos vendo muito mais objetos feito de matéria e quase nada de antimatéria.

Antimatéria é um tipo de matéria formada por antipartículas que seria uma simetria das partículas como conhecemos. Cada antipartícula tem a mesma massa e mesmo spin que sua partícula correspondente, a grande diferença está na carga. Enquanto um elétron possui carga negativa, um antielétron que é chamado de pósitron tem carga positiva. O mesmo vale para o próton e o o antipróton que possuem cargas opostas.

O curioso sobre antimatéria é que quando uma antipartícula e uma partícula se encontram pode ocorrer um processo chamado de aniquilação. Durante esse processo, as duas componentes se aniquilariam formando outras partículas como fótons ou até outras partículas que possuem massa. Mas o que acontece nesse processo e como isso favorece um dos maiores mistérios do Universo?

Antimatéria

Antimatéria abrange os átomos que são formados por antipartículas. As antipartículas são semelhantes às partículas em quase todas características exceto pela carga. Cada partícula possui uma antipartícula que diferencia dela apenas pela carga como, por exemplo, o elétron possui uma antipartícula chamada pósitron que é semelhante ao elétron em tudo mas tem uma carga positiva.

Como as antipartículas só são diferentes em relação à carga, as interações conhecias que regem a dinâmica das partículas também descrevem as antipartículas. Dessa forma, é possível que átomos de antipartículas sejam formados da mesma que partículas formam átomos. No entanto, um dos mistérios da Física é que a antimatéria não é facilmente encontrada na natureza como a matéria é.

Aniquilação

Quando uma partícula e sua respectiva antipartícula se encontram, elas podem interagir e acabarem se aniquilando mutuamente. O processo é chamado de aniquilação e descreve como uma partícula e uma antipartícula podem se destruir e converter massa em energia. A descrição da aniquilação é governada pela equação de Einstein conhecida como E = mc² onde massa e energia são relacionadas.

Durante o processe de aniquilação, geralmente, é produzido fótons com energia alta como radiação gama. É possível que partículas com massa seja gerada em outras interações entre partícula e antipartícula. Porém, a forma como as duas componentes irão interagir depende de uma função de probabilidade e das características como o momento das partículas. Com a aniquilação sendo uma probabilidade grande de acontecer considerando as propriedades.

Geração de antimatéria

Apesar da falta de simetria e da presença de antimatéria no Universo, ela é produzida em alguns eventos tanto de forma natural quanto de forma artificial. No Universo, ela é produzida naturalmente em eventos energéticos como supernovas ou quando raio gama interage com matéria. Durante esses eventos energéticos, pares de matéria e antimatéria são produzidos.

Antimatéria também pode ser produzida na Terra com experimentos em aceleradores de partículas. Quando prótons são acelerados dentros dos aceleradores e acabam colidindo com outras partículas, durante a colisão pode gerar antimatéria. É comum que em aceleradores pósitrons e antiprótons sejam gerados no processo.

Mistério no Universo

Um dos maiores mistérios do Universo é a falta de simetria entre a matéria e a antimatéria, esse mistério leva o nome de assimetria bariônica. Utilizando os modelos atuais, durante o Big Bang, uma quantidade idêntica de matéria e antimatéria deveria ter sido formada. Apesar disso, as observações que temos atualmente e do passado do Universo mostra que a matéria é predominante.

Isso leva a questão do que aconteceu com a antimatéria durante a evolução do Universo e principalmente nos primeiros instantes. Até hoje não há uma explicação final para a assimetria bariônica. Uma das ideias é a violação da carga-paridade que, segundo ela, as antipartículas poderiam ter um comportamento diferente de suas componentes. Mas ainda assim, a violação não é o suficiente para explicar o sumiço de toda antimatéria.

Hipótese mais curiosa

Muitos físicos trabalham em cima da questão sobre o que aconteceu com a antimatéria e várias hipóteses foram propostas nas últimas décadas. Talvez a mais curiosa seria que uma região do espaço seria dominada por matéria enquanto a outra seria dominada por antimatéria. Nesse caso, estaríamos localizados em uma região onde tudo é formado por matéria.

Porém, essa hipótese diz que deveríamos observar regiões de aniquilação de matéria e antimatéria que formam raios gama. Até hoje, nenhum evento desse tipo foi observado indicando que se existir, estão muito distantes de nós. Outra sugestão seria que apenas alguns aglomerados de antimatéria distantes e espalhados existem pelo Universo.