No início universo, logo após o Big Bang, o 'importância' e a 'antimatéria' existiam em quantidades iguais. No entanto, por razões até agora desconhecidas, o 'importância' domina o presente universo. Os pesquisadores do T2K mostraram recentemente a ocorrência de uma possível violação de paridade de carga em neutrinos e as correspondentes oscilações anti-neutrinos. Este é um passo em frente na compreensão do porquê importância domina o universo.
O Big Bang (que ocorreu há cerca de 13.8 bilhões de anos) e outras teorias da física relacionadas sugerem que os primeiros universo era a radiação 'dominante' e o 'importância' e a 'antimatéria'existia em igual quantidade.
Mas o universo que sabemos hoje é a “matéria” dominante. Por que? Este é um dos mistérios mais intrigantes universo. (1).
A universo que sabemos hoje começou com quantidades iguais de 'matéria' e 'antimatéria', ambos foram criados em pares como a lei da natureza exigiria e depois foram aniquilados repetidamente produzindo radiação conhecida como 'radiação cósmica de fundo'. Dentro de cerca de 100 microssegundos do Big Bang, a matéria (partículas) de alguma forma começou a superar as antipartículas em, digamos, uma em cada bilhão e, em segundos, toda a antimatéria foi destruída, deixando para trás apenas matéria.
Qual é o processo ou mecanismo que criaria esse tipo de diferença ou assimetria entre a matéria e a antimatéria?
Em 1967, o físico teórico russo Andrei Sakharov postulou três condições necessárias para que ocorresse um desequilíbrio (ou produção de matéria e antimatéria em taxas diferentes) no universo. A primeira condição de Sakharov é a violação do número bariônico (um número quântico que permanece conservado em uma interação). Isso significa que os prótons decaíram extremamente lentamente em partículas subatômicas mais leves, como um píon neutro e um pósitron. Da mesma forma, um antipróton decaiu em um píon e um elétron. A segunda condição é a violação da simetria de conjugação de carga, C, e da simetria de paridade de conjugação de carga, CP, também chamada de violação de paridade de carga. A terceira condição é que o processo que gera a assimetria bárion não esteja em equilíbrio térmico devido à rápida expansão diminuindo a ocorrência de aniquilação de pares.
É o segundo critério de violação de CP de Sakharov, que é um exemplo de um tipo de assimetria entre as partículas e suas antipartículas que descreve a maneira como elas decaem. Ao comparar a maneira como as partículas e antipartículas se comportam, ou seja, a maneira como se movem, interagem e decaem, os cientistas podem encontrar evidências dessa assimetria. A violação da CP fornece uma evidência de que alguns processos físicos desconhecidos são responsáveis pela produção diferencial de matéria e antimatéria.
As interações eletromagnéticas e 'fortes' são conhecidas por serem simétricas sob C e P e, conseqüentemente, também são simétricas sob o produto CP (3). '' No entanto, este não é necessariamente o caso para a 'interação fraca', que viola as simetrias C e P '' diz o Prof. BA Robson. Ele diz ainda que “a violação do CP em interações fracas implica que tais processos físicos poderiam levar à violação indireta do número bariônico, de modo que a criação de matéria seria preferida à criação de antimatéria”. Partículas não-quark não mostram nenhuma violação de CP, enquanto as violações de CP em quarks são muito pequenas e insignificantes para ter uma diferença na criação de matéria e antimatéria. Então, a violação do CP em léptons (neutrinos) se tornar importante e se for provado então responderia por que o universo é a matéria dominante.
Embora a violação da simetria do CP ainda não tenha sido provada conclusivamente (1), as descobertas relatadas pela equipe do T2K recentemente mostram que os cientistas estão realmente próximos disso. Foi demonstrado pela primeira vez que a transição de partícula para elétron e neutrino é favorecida em relação à transição de antipartícula para elétron e antineutrino, por meio de experimentos altamente sofisticados em T2K (Tokai to Kamioka) (2). T2K refere-se a um par de laboratórios, o Japanese Proton Accelerator Research Complex (J-Parc) em Tokai e o observatório subterrâneo de neutrinos Super-Kamiokande no Kamioka, Japão, separados por cerca de 300 km. O acelerador de prótons em Tokai gerou as partículas e antipartículas de colisões de alta energia e os detectores em Kamioka observaram os neutrinos e suas contrapartes de antimatéria, os antineutrinos, fazendo medições muito precisas.
Após a análise de vários anos de dados no T2K, os cientistas foram capazes de medir o parâmetro denominado delta-CP, que rege a quebra de simetria do CP na oscilação dos neutrinos e encontraram a incompatibilidade ou uma preferência pelo aumento da taxa de neutrinos que pode eventualmente levar a a confirmação da violação do CP na forma como os neutrinos e antineutrinos oscilavam. Os resultados encontrados pela equipe T2K são significativos com significância estatística de 3 sigma ou nível de confiança de 99.7%. É um marco histórico, pois a confirmação da violação do CP envolvendo neutrinos está ligada ao domínio da matéria no universo. Outros experimentos com bancos de dados maiores testarão se esta violação de simetria leptônica do CP é maior do que a violação do CP em quarks. Se for assim, teremos finalmente a resposta à pergunta: Por que motivo o universo é a matéria dominante.
Embora o experimento T2K não estabeleça claramente que ocorreu violação da simetria do CP, é um marco no sentido de que mostra conclusivamente uma forte preferência pela taxa de nêutrons de elétrons aumentada e nos leva mais perto de provar a ocorrência de violação da simetria do CP e, eventualmente, do responda 'por que o universo é a matéria dominante”.
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Referências:
1. Universidade de Tóquio, 2020. '' Resultados T2K Restringem Valores Possíveis da Fase de Neutrino CP -… .. '' Comunicado de Imprensa Publicado em 16 de abril de 2020. Disponível online em http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Acessado em 17 de abril de 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Restrição na fase de violação de simetria matéria-antimatéria em oscilações de neutrino. Nature volume 580, páginas 339–344 (2020). Publicado: 15 de abril de 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. The Matter-Antimatter Asymmetry Problem. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
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