O Grande Colisor de Hádrons reúne bases para ir além da física conhecida

Os físicos há muito tempo são atormentados pela pergunta: como nosso Universo poderia ter evoluído para incluir estrelas, galáxias e humanidade? Segundo a teoria, durante o Big Bang, matéria e antimatéria deveriam ter sido criadas em quantidades iguais e aniquiladas. Entretanto, isso não aconteceu, o que levou ao surgimento do Universo que observamos. A antimatéria quase desapareceu do nosso mundo, mas a matéria comum permaneceu e formou tudo o que é tangível nele. Então o que deu errado?

Fonte da imagem: AI generation DALL E 3/avalanche noticias

De acordo com teorias geralmente aceitas e inúmeros dados experimentais, matéria e antimatéria diferem apenas nos sinais de sua carga. Assim, eles obedecem à chamada simetria CP (paridade combinada). Simplificando, se você alterar a carga de todas as partículas em todo o Universo e inverter suas coordenadas espaciais — criando um universo espelho de antimatéria — então as leis da física não mudarão. Entretanto, isso só é verdade se as partículas e antipartículas diferirem apenas no sinal de sua carga. No entanto, essa explicação não leva em conta a ausência de antimatéria no universo observável.

Se forem encontrados sinais de violação da simetria CP, isso poderá explicar por que não há quantidades iguais de matéria e antimatéria e quais outras diferenças, ainda ocultas para nós, existem entre elas.

Sinais de violação da simetria CP em mésons (férmions) foram descobertos pela primeira vez em 1964, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1980. No entanto, para bárions, que compõem a grande maioria da matéria visível no Universo (principalmente nêutrons e prótons), tais sinais não foram registrados até recentemente. A descoberta deles seria um passo decisivo para explicar o Universo “assimétrico”.

Esse foi o caso até o final de março de 2025, quando o CERN anunciou oficialmente que havia obtido evidências estatisticamente significativas de violação da simetria CP para partículas da família bariônica. Físicos da colaboração LHCb estudaram dados dos dois primeiros ciclos de experimentos no Grande Colisor de Hádrons (LHC). Eles procuraram diferenças nas taxas de decaimento de partículas e antipartículas, como os belos bárions lambda (Λb). Se essas partículas fossem idênticas em tudo, exceto no sinal de sua carga, então nenhuma diferença em seu decaimento seria observada.

Os pesquisadores analisaram 80.000 decaimentos registrados durante os lançamentos do LHC entre 2009 e 2018. Como resultado, foi descoberta uma diferença de 2,45% entre os decaimentos de matéria e antimatéria. Isso é 5,2 desvios-padrão (sigma), o que é uma diferença significativa o suficiente para qualificar a observação da violação da simetria do CP como uma descoberta científica.

«O motivo pelo qual demorou mais para detectar a violação de CP em bárions do que em mésons é o tamanho do efeito e a quantidade de dados disponíveis, explicou o porta-voz da colaboração do LHCb, Vincenzo Vagnoni. “Precisávamos de uma instalação como o Grande Colisor de Hádrons, que pudesse produzir uma quantidade suficiente dos adoráveis ​​bárions e suas antipartículas, e de um experimento que pudesse determinar com precisão seus produtos de decaimento.”

«Quanto mais sistemas observarmos violação de simetria CP, e quanto mais precisas forem as medições, mais oportunidades teremos de testar o Modelo Padrão e buscar física além dele”, acrescentou o cientista.