LHC observa matéria virando antimatéria e vice-versa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/06/2021

A medição consiste em identificar a diferença de massa na partícula D0 quando ela é matéria e quando ela vira antimatéria.
[Imagem: LHCb]

Partícula que vira antipartícula

Físicos do LHC mediram uma diferença de massa entre duas partículas de 10^-38 gramas, ou 0,(37 zeros)1 g.

O resultado representa um marco no estudo de como uma partícula conhecida como méson D0 muda de matéria para antimatéria e vice-versa.

O méson D0 é uma das quatro partículas no modelo padrão da física de partículas que podem se transformar, ou "oscilar", em suas partículas de antimatéria, que são idênticas às suas contrapartes de matéria em muitos aspectos - as outras três são o méson K0 e dois tipos de mésons B.

No estranho mundo da física quântica, assim como o famoso gato de Schrödinger pode estar morto e vivo ao mesmo tempo, a partícula D0 pode ser ela mesma e sua antipartícula ao mesmo tempo.

Essa superposição quântica de matéria e antimatéria resulta em duas partículas, cada uma com sua própria massa - um méson D mais leve, conhecido como D1, e outro mais pesado, conhecido como D2).

É essa sobreposição que permite à D0 oscilar em sua antipartícula e vice-versa.

A propósito, os mésons fazem parte de uma grande classe de partículas formadas por partículas fundamentais chamadas quarks, contendo um quark comum e um quark de antimatéria. O méson D0, especificamente, consiste em um quark charme e um antiquark 'para cima', enquanto sua antipartícula, o anti-D0, consiste em um antiquark charme e um quark 'para cima'.

A imagem à esquerda mostra o padrão de oscilação B0-antiB0 bem visível, e a imagem da direita mostra o início do período de oscilação D0- antiD0.
[Imagem: LHCb]

Matéria que vira antimatéria

As partículas D0 são produzidas em colisões próton-próton no LHC (Grande Colisor de Hádrons) e viajam em média apenas alguns milímetros antes de se transformar, ou "decair", em outras partículas.

Ao comparar as partículas D0 que decaem após viajar uma curta distância com aquelas que viajam um pouco mais longe, a equipe do detector LHCb mediu a quantidade-chave que controla a velocidade da oscilação D0 em anti-D0 - a diferença de massa entre as partículas D mais pesadas e as mais leves.

O resultado - 10^-38 g - supera o nível "cinco sigmas" de significância estatística que é necessário para reivindicar uma descoberta em física de partículas.

Com a pequena diferença de massa agora observada, poderá começar uma nova fase de exploração das partículas: Os pesquisadores poderão fazer medições adicionais dos decaimentos D0 para obter uma diferença de massa mais precisa e procurar o efeito na oscilação D0 de partículas desconhecidas, não previstas pelo modelo padrão.

Essas hipotéticas novas partículas poderiam aumentar a velocidade média da oscilação ou a diferença entre a velocidade da oscilação matéria-antimatéria e a da oscilação antimatéria-matéria. Se observada, tal diferença poderia lançar luz sobre por que o Universo é feito inteiramente de matéria, embora matéria e antimatéria devessem ter sido criadas em quantidades iguais durante o Big Bang.

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