Por que nosso universo está girando com mais matéria do que sua antimatéria bizarra - e por que existimos - é um dos quebra-cabeças mais desconcertantes da física moderna.
De alguma forma, quando o universo era incrivelmente jovem, quase toda a antimatéria desapareceu, deixando apenas as coisas normais. Os teóricos há muito perseguem a explicação sempre esquiva - e mais importante, uma maneira de testar essa explicação com experimentos.
Agora, um trio de teóricos propôs que um trio de partículas chamado bósons de Higgs pudesse ser responsável pelo misterioso ato de fuga da antimatéria no universo. E eles acham que sabem como encontrar os suspeitos.
O caso da antimatéria desaparecida
Em quase todas as interações entre partículas subatômicas, a antimatéria (que é idêntica à matéria normal, mas com carga oposta) e a matéria normal são produzidas em igual medida. Parece ser uma simetria fundamental do universo. E, no entanto, quando olhamos para o mesmo universo, quase não vemos antimatéria. Tanto quanto os físicos podem dizer, para cada partícula de antimatéria ainda por aí, existem cerca de um bilhão de partículas de matéria normal, em todo o cosmos.
Esse mistério tem muitos nomes, como o problema de assimetria de matéria e o problema de assimetria de bárions; independentemente do nome, os físicos ficaram perplexos. A partir de agora, ninguém foi capaz de fornecer uma explicação coerente e consistente para o domínio da matéria sobre a antimatéria e, como é o trabalho dos físicos explicar como a natureza funciona, está começando a ficar irritante.
No entanto, a natureza deixou algumas pistas à nossa volta. Por exemplo, nenhuma evidência de muita antimatéria aparece no chamado fundo cósmico de microondas - calor que sobra do Big Bang, o nascimento do universo. Isso sugere que a alcaparra ocorreu no universo primitivo. E o universo primitivo era um lugar bem louco, com todo tipo de física complicada e mal compreendida. Portanto, se a matéria e a antimatéria vão se dividir, é um bom momento para fazê-lo.
Culpe os Higgs
De fato, o melhor momento para desaparecer a antimatéria é durante a breve, mas tumultuada época em nosso universo, quando as forças da natureza se dividiam à medida que o cosmos esfriava.
Em altas energias (como as de um colisor de partículas), a força eletromagnética e a força nuclear fraca combinam seus poderes para formar uma nova força: a eletro-fraca. Quando as coisas esfriam e retornam às energias normais do dia a dia, no entanto, a electrofraca se divide nas duas forças familiares.
Em energias ainda mais altas, como as encontradas nos primeiros momentos do Big Bang, pensamos que a força nuclear forte se funde com a electroweak, e em energias ainda mais altas, a gravidade junta o partido em uma única força unificada. Mas ainda não descobrimos como a gravidade entra no jogo.
O bóson de Higgs, proposto para existir na década de 1960, mas não descoberto até 2012 dentro do Large Hadron Collider, faz o trabalho de separar a força eletromagnética da fraca força nuclear. Os físicos têm certeza de que a divisão matéria-antimatéria aconteceu antes que as quatro forças da natureza se encaixassem como suas próprias entidades; isso porque temos uma compreensão bastante clara da física do universo após a divisão e a adição de muita antimatéria em épocas posteriores viola as observações do fundo cósmico de microondas).
Como tal, talvez o bóson de Higgs desempenhe um papel.
Mas o Higgs por si só não pode cortá-lo; não há mecanismo conhecido que use apenas o Higgs para causar um desequilíbrio entre matéria e antimatéria.
Felizmente, a história dos Higgs pode não ter terminado. Os físicos descobriram um único bóson de Higgs em experimentos com colisores, com uma massa de cerca de 125 bilhões de elétron-volts, ou GeV - para referência, um próton pesa cerca de 1 GeV.
Acontece que o Higgs pode não estar sozinho.
É inteiramente possível que haja mais bósons de Higgs flutuando ao redor que sejam mais massivos do que o que podemos detectar atualmente em nossos experimentos. Hoje em dia, aqueles Higgs mais pesados, se existirem, não fariam muito, não participando de nenhuma física que possamos acessar com nossos colisores - simplesmente não temos energia suficiente para "ativá-los". Mas, nos primeiros dias do universo, quando as energias eram muito, muito mais altas, os outros Higgs poderiam ter sido ativados e esses Higgs podem ter causado um desequilíbrio em certas interações fundamentais de partículas, levando à assimetria moderna entre matéria e antimatéria.
Resolvendo o mistério
Em um artigo recente publicado on-line na revista de pré-impressão arXiv, três físicos propuseram uma solução potencial interessante: Talvez três bósons de Higgs (apelidado de "Troika Higgs") tenham jogado um jogo de batata quente no universo primitivo, gerando uma enxurrada de matéria normal . Quando a matéria toca a antimatéria - Poof - os dois se aniquilam e desaparecem.
E assim, a maior parte desse fluxo de matéria aniquilaria a antimatéria, inundando-a quase inteiramente da existência em uma inundação de radiação. Nesse cenário, haveria matéria normal suficiente para levar ao universo atual que conhecemos e amamos.
Para fazer esse trabalho, os teóricos propõem que o trio inclua uma partícula conhecida de Higgs e dois novatos, com cada uma delas tendo uma massa de cerca de 1.000 GeV. Esse número é puramente arbitrário, mas foi escolhido especificamente para tornar esse hipotético Higgs potencialmente detectável com a próxima geração de coletores de partículas. Não adianta prever a existência de uma partícula que nunca pode ser detectada.
Os físicos então têm um desafio. Qualquer que seja o mecanismo que cause a assimetria, a borda da antimatéria é fator de um bilhão para um. E, no início do universo, há uma janela de tempo muito curta para fazer suas coisas; uma vez que as forças se dividem, o jogo acaba e a física, como a conhecemos, está travada no lugar. E esse mecanismo, incluindo os dois novos Higgs, deve ser testável.
A resposta curta: eles foram capazes de fazê-lo. É compreensivelmente um processo muito complicado, mas a história abrangente (e teórica) é a seguinte: Os dois novos Higgs decaem em chuveiros de partículas a taxas ligeiramente diferentes e com preferências ligeiramente diferentes para a matéria em relação à antimatéria. Essas diferenças se acumulam ao longo do tempo e, quando a força eletrofraca se divide, há uma diferença suficiente nas populações de partículas matéria-antimatéria "incorporadas" ao universo que a matéria normal acaba dominando a antimatéria.
Certamente, isso resolve o problema de assimetria do bárion, mas imediatamente leva à questão do que a natureza está fazendo com tantos bósons de Higgs. Mas daremos um passo de cada vez.
