Assimetria bariônica: Onde está toda a antimatéria do universo?

Descobertas científicas podem não apenas melhorar nosso entendimento das leis fundamentais que regem a natureza, mas por vezes levam a mais questionamentos e dúvidas acerca do funcionamento do universo. Um exemplo foi a descoberta das antipartículas que ainda geram perguntas na cabeça dos cientistas ao redor do mundo.

    Basicamente, temos que toda partícula possui um parceiro que é muito parecido, porém tem cargas opostas. Por exemplo, o pósitron é a antipartícula do elétron, tendo exatamente a mesma massa, porém com carga elétrica positiva.

    As antipartículas foram previstas por Paul Dirac em 1928 enquanto ele desenvolvia uma versão relativística da teoria quântica do elétron. Esta previsão foi confirmada em 1932 por Carl Anderson, que descobriu o pósitron em experimento conhecido como “câmara de nuvens”. Desde então surge a pergunta: “Onde está toda a antimatéria do universo? Por que encontramos ela de maneira tão rara?”

    O próprio Dirac percebeu isto e na aula em comemoração ao seu prêmio Nobel disse: “Se aceitarmos a visão de completa simetria entre cargas elétricas positivas e negativas em respeito às leis fundamentais da natureza, nós devemos considerar um acidente que a Terra (e presumidamente o sistema solar inteiro), conter predominantemente elétrons negativos e prótons positivos. É possível que para algumas estrelas seja o contrário, sendo essas estrelas constituídas principalmente de pósitrons e prótons negativos. De fato, podemos ter metade das estrelas de cada tipo. Os dois tipos de estrelas teriam exatamente o mesmo espectro, e não existiria uma maneira de distingui-las com os métodos astronômicos atuais.”¹

Atualmente, conseguimos medir a proporção entre matéria e antimatéria no universo, para cada antipartícula existem bilhões de partículas, sendo assim o universo predominantemente constituído de matéria. Mas a pergunta continua: “Por que há um predomínio de matéria sobre antimatéria?”.

Um universo feito trocando todas as partículas por antipartículas seria praticamente igual, então não há motivo aparente para as partículas serem “especiais”. É mais interessante ainda pensar neste tópico quando consideramos que segundo a teoria do Big Bang, quantidades iguais de matéria e antimatéria foram criadas no início do universo.

Quando partículas e antipartículas se encontram acontece a chamada “aniquilação de pares”, isto é, as partículas são convertidas em radiação. Se quantidades iguais são geradas no Big Bang, matéria e antimatéria deveriam quase que totalmente se aniquilar e o universo que conhecemos não seria formado. O que aconteceu para permitir sua formação?

Este problema é conhecido como “Assimetria bariônica do universo”, e busca explicar qual mecanismo tornou possível o predomínio de matéria que permitiu a evolução do universo para este que conhecemos. Ainda é um grande problema em aberto para a Física e Cosmologia, sendo pesquisado por muitos cientistas, incluindo este que vos escreve. Quando será que resolveremos este mistério? Será que a solução levará a perguntas mais fundamentais e difíceis de responder? Aguardemos cenas dos próximos capítulos!

¹ Tradução livre de: P.A.M. Dirac, Theory of electrons and positrons, Nobel lecture 1933. https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/dirac-lecture.pdf