Oscilação de matéria-antimatéria em mésons charmosos

Logo do experimento LHCb. Foto: Cern/LHC

Cientistas do experimento LHCb, um dos quatro principais experimentos no grande colisor de hádrons (LHC), observaram uma partícula subatômica capaz de se transformar em sua antipartícula e vice-versa. O fenômeno foi corretamente previsto pelo modelo padrão de partículas elementares, mostrando a grande capacidade de predição deste modelo. O estudo está disponível no repositório arxiv, um famoso banco de pré-prints, e foi submetido ao Physics Reviews Letters, sendo assinado por mais de 900 cientistas.

A partícula observada é o méson D0, sendo a quarta partícula a apresentar esse estranho comportamento conhecido como fenômeno de oscilação. Em qualquer um dos casos, isto acontece devido à mecânica quântica, que permite que os mésons existam em uma superposição de partícula e antipartícula, isto é, são os dois ao mesmo tempo.

A teoria prevê que no fenômeno de oscilação existam duas superposições de partícula e antipartícula com uma pequena diferença de massa. Essa diferença também foi medida e corresponde a 10^(-38) gramas, uma medida extremamente precisa.

As primeiras partículas a apresentarem este fenômeno foram os káons que tiveram sua oscilação observada na década de 60. Outras detecções foram as oscilações de mésons contendo o quark bottom, uma na década de 80 e outra em 2006.

A atual observação de oscilação dos mésons D0 foi extremamente difícil de detectar pois são partículas instáveis e a maioria decai antes de sofrer oscilação. Com este resultado, físicos esperam entender melhor o comportamento da antimatéria e quem sabe conseguir mais pistas para resolver o problema da assimetria matéria-antimatéria.

Saiba mais:

[1] LHCb Colaboration; Observation of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates. arXiv:2106.03744

[2] CERN Physicists Observe Nonzero Mass Difference between Charm Meson and Its Antiparticle. Sci-news

[3] Subatomic particle seen changing to antiparticle and back. Phys.org