Antimatéria viaja meia Via Láctea sem ser incomodada

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/12/2022

O resultado mostra o que os físicos chamam de "transparência" da Via Láctea à antimatéria.
[Imagem: ORIGINS Cluster/Technical University Munich]

Tempo de vida da antimatéria

A ideia geral é que qualquer partícula de antimatéria em nosso Universo teria uma vida extremamente curta, desaparecendo por um processo chamado aniquilação tão logo encontre sua contraparte material.

É por isso que está causando tanta surpresa um estudo realizado pela equipe do detector ALICE, um dos quatro grandes sensores do Grande Colisor de Hádrons (LHC).

A análise mostrou que a contraparte de antimatéria de um núcleo atômico leve pode viajar uma longa distância na Via Láctea sem ser aniquilada.

A descoberta, obtida analisando dados de núcleos de anti-hélio produzidos no LHC em modelos computadorizados, ajudará nas buscas por antimatéria feitas do espaço ou de balões de grande altitude.

Núcleos leves de antimatéria, como antideuteron e anti-hélio, têm sido produzidos na Terra em aceleradores de partículas, mas ainda não foram observados com certeza vindos do espaço sideral. Apesar disso, as teorias afirmam que, no espaço, esses antinúcleos, assim como os antiprótons, podem ser criados em colisões entre raios cósmicos e o meio interestelar, ou então poderiam ser produzidos pela aniquilação de partículas hipotéticas que alguns físicos sugeriram como componentes da matéria escura.

Este é o detector ALICE.
[Imagem: LHC/ALICE]

Fluxo de antimatéria

Experimentos espaciais como o AMS, ou Espectrômetro Magnético Alfa, continuam procurando por antimatéria a bordo da Estação Espacial Internacional, focando sobretudo nos núcleos leves de antimatéria em um esforço para tentar validar essas teorias da matéria escura.

Para descobrir se a matéria escura é a fonte por trás de possíveis detecções de antinúcleos leves vindo do espaço sideral, é preciso calcular o número, ou mais precisamente o "fluxo", de antinúcleos leves que devem atingir os sensores desses experimentos. Esse fluxo depende de características como o tipo exato de fonte de antimatéria em nossa galáxia e a taxa na qual essa fonte produz antinúcleos, além da taxa na qual os antinúcleos devem desaparecer por aniquilação ou absorção conforme encontram matéria normal em sua jornada até a Terra.

Foi neste último aspecto que se concentrou a pesquisa divulgada agora pela equipe do ALICE.

Ao investigar como os núcleos de anti-hélio-3 produzidos em colisões de íons pesados e de prótons no LHC interagem com o detector ALICE, os pesquisadores puderam medir, pela primeira vez, a taxa na qual os núcleos de anti-hélio-3 desaparecem quando encontram matéria - os núcleos do anti-hélio-3 são formados por dois antiprótons e um antinêutron, os equivalentes de antimatéria do próton e do nêutron, respectivamente.

O experimento AMS também é conhecido como caçador do anti-universo, devido à sua capacidade de detectar partículas de antimatéria.
[Imagem: NASA]

Transparência

De posse dos dados, os pesquisadores incorporaram a taxa de aniquilação obtida em um programa de computador chamado GALPROP, que simula a propagação pela galáxia de partículas cósmicas, incluindo antinúcleos. Eles consideraram dois modelos do fluxo de núcleos de anti-hélio-3 esperados perto da Terra após sua jornada iniciada em fontes na Via Láctea.

Um modelo assume que as fontes são colisões de raios cósmicos com o meio interestelar, e o outro as descreve como partículas hipotéticas de matéria escura chamadas partículas massivas de interação fraca (WIMPs).

O resultado sai no que os físicos chamam de transparência da Via Láctea à antimatéria, ou seja, a probabilidade de que as antipartículas atravessem a galáxia sem se aniquilarem.

Para o modelo de matéria escura, a transparência obtida foi de cerca de 50%, enquanto para o modelo de raios cósmicos a transparência variou de 25% a 90% dependendo da energia do antinúcleo. Esses valores de transparência mostram que núcleos de anti-hélio-3 originários de matéria escura ou de colisões de raios cósmicos podem percorrer distâncias pela Via Láctea que se estendem por vários milhares de parsecs - um parsec tem aproximadamente 3,26 anos-luz, ou 206.000 unidades astronômicas (au), ou 30,9 trilhões de quilômetros.

Embora nenhum sinal de matéria escura tenha sido detectado até agora, o resultado valida o uso da antimatéria como uma ferramenta de busca pelas partículas hipotéticas. "Nossos resultados mostram, pela primeira vez com base em uma medição de absorção direta, que os núcleos de anti-hélio-3 vindos do centro da nossa galáxia podem alcançar locais próximos à Terra," disse Andrea Dainese, coordenador do ALICE.

Visto de outro modo, porém, o fato de uma quantidade tão grande de antinúcleos poder chegar à Terra coloca a questão do porquê de o AMS, também conhecido como "LHC do espaço", não ter detectado nada até agora, já que ele está funcionando desde 2011.

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