Será uma resposta do por que há tão pouca antimatéria no universo

Físicos do MIT e de outros lugares conseguiram detectar com sucesso o pequeno efeito de um nêutron em uma molécula radioativa. Tal feito é muito importante pelo fato de moléculas radioativas serem sensíveis a fenômenos nucleares sutis. Esta característica pode vim a ajudar os físicos a sondar a violação das simetrias mais fundamentais da natureza.

Aparentemente tudo começou quando uma equipe de físicos do MIT desenvolveram uma nova técnica para produzir e estudar moléculas radioativas de curta duração com números de nêutrons que podem controlar com precisão. Ao escolher os isótopos da qual desejavam trabalhar, eles mediram a energia de cada molécula, e acabaram detectando pequenas mudanças, mudanças essas quase imperceptíveis do tamanho nuclear.

Por conta disso, agora os cientistas sugerem a possibilidade de procurar por moléculas radioativas por efeitos ainda mais sutis, entre os mais incríveis, causados pela matéria escura, ou pelos efeitos de novas fontes de violações de simetria relacionadas a alguns dos mistérios atuais do universo.

Como coloca Ronald Fernando Garcia Ruiz, professor assistente de física do MIT: "Se as leis da física são simétricas como pensamos, então o Big Bang deveria ter criado matéria e antimatéria na mesma quantidade. O fato de que a maior parte do que vemos é importante, e há apenas cerca de uma parte por bolão de antimatéria, significa que há uma violação das simetrias mais fundamentais da física, de uma forma que não podemos explicar com tudo o que sabemos. Agora temos a chance de medir essas violações de simetria, usando essas moléculas radioativas pesadas, que têm extrema sensibilidade a fenômenos nucleares que não podemos ver em outras moléculas na natureza. Isso poderia fornecer respostas para um dos principais mistérios de como o universo foi criado."

Ruiz e seus colegas publicaram seus resultados na Physical Review Letters.

Uma assimetria peculiar

Bem, como se sabe, a maioria dos átomos na natureza hospeda um núcleo simétrico e também esférico, com nêutrons e prótons distribuídos uniformemente por toda parte. No entanto, existe casos na natureza de certos elementos radioativos como o rádio, onde seus núcleos atômicos são estranhamente em forma de pera, com uma distribuição desigual de nêutrons e prótons dentro. Os físicos afirmam que essa distorção de forma pode aumentar a violação de simetrias que deram origem à matéria no universo.

O autor principal do estudo, Silviu-Marian Udrescu, estudante de pós-graduação do Departamento de Física do MIT, diz que "Núcleos radioativos podem nos permitir ver facilmente esses efeitos violadores da simetria. A desvantagem é que eles são muito instáveis e vivem por um período muito curto de tempo, por isso precisamos de métodos sensíveis para produzi-los e detectá-los, rapidamente."

De inicio, existia um pequeno problema: as moléculas radioativas de interesse não existem na natureza e, portanto, deveriam ser criadas artificialmente. Com as técnicas de refinamento de Garcia Ruiz e seus colegas, foi possível encontrar um método para produção de moléculas de monofluoreto de rádio, ou RaF. Esta molécula radioativa contém um átomo de rádio instável e um átomo de flúor. Em um novo estudo, eles criaram isótopos RaF, ou versões da molécula radioativa com números variados de nêutrons, utilizando o Separador de Massa Isótopo On-Line, ou ISOLDE, instalação no CERN, em Genebra, Suíça, para produzir pequenas quantidades de isótopos de RaF.

A instalação consisti em um feixe de prótons de baixa energia, que a equipe direcionou para um alvo - um disco de meio dólar de carboneto de urânio, no qual eles também injetaram um gás flúor de carbono. As reações químicas resultantes produziram um zoológico de moléculas, incluindo o RaF, que a equipe separou usando um sistema preciso de lasers, campos eletromagnéticos e armadilhas de íons.

Nas palavras de Udrescu, que é estudante de pós-graduação do Laboratório de Ciência Nuclear do MIT: "Imagine uma molécula vibrando como duas bolas em uma mola, com uma certa quantidade de energia. Se você mudar o número de nêutrons em uma dessas bolas, a quantidade de energia pode mudar. Mas um nêutron é 10 milhões de vezes menor que uma molécula, e com nossa precisão atual não esperávamos que mudar um criaria uma diferença de energia, mas criou. E nós fomos capazes de ver claramente esse efeito."

Os resultados obtidos demonstraram que moléculas radioativas como a RaF são ultrassensíveis aos efeitos nucleares e que sua sensibilidade pode provavelmente revelar efeitos mais sutis e nunca antes vistos, como pequenas propriedades nucleares violadores da simetria, que poderiam ajudar a explicar a assimetria matéria-antimatéria do universo.

Udrescu conclui dizendo que: "Essas moléculas radioativas muito pesadas são especiais e têm sensibilidade a fenômenos nucleares que não podemos ver em outras moléculas na natureza. Isso mostra que, quando começamos a procurar efeitos que violam a simetria, temos uma grande chance de vê-los nessas moléculas."

📌Crédito de imagem e direitos autorais: imagem de estoque editada pelo MIT News
📌Texto Original: Jennifer Chu
📌Fonte: MIT Physics
📌Disponível em: <https://physics.mit.edu/news/new-clues-to-why-theres-so-little-antimatter-in-the-universe/>
📌Acesso em: 12 de julho de 2021