Cientistas do CERN alcançam controlo histórico sobre partículas de antimatéria

Os cientistas da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, conhecida como CERN, atingiram um marco importante na compreensão do universo. Uma equipa internacional de investigadores controlou com sucesso o spin de um único antiprotão pela primeira vez. Esta conquista faz parte do Baryon Antibaryon Symmetry Experiment, ou BASE. Ajuda os cientistas a estudar a antimatéria, um dos maiores mistérios da física moderna. O Dr. Jack Devlin, investigador do Imperial College de Londres e membro da equipa BASE, explicou a importância deste trabalho. Notou que, embora os cientistas controlem átomos e moléculas há muito tempo, fazê-lo com antimatéria é muito mais difícil. Este novo nível de controlo permite aos investigadores observar de perto as propriedades fundamentais destas partículas raras. O trabalho da equipa foi recentemente reconhecido como um dos principais avanços pela publicação Physics World. A antimatéria é frequentemente descrita como uma imagem espelhada da matéria normal. Um antiprotão tem a mesma massa que um protão normal, mas possui uma carga elétrica oposta. Quando a matéria e a antimatéria se encontram, destroem-se mutuamente num flash de energia. Por causa disso, a antimatéria é extremamente difícil de armazenar e estudar em laboratório. Para estudar o antiprotão, a equipa utilizou um dispositivo chamado armadilha criogénica de Penning. Esta ferramenta usa temperaturas frias e campos eletromagnéticos fortes para manter a partícula no lugar. Ao isolar o antiprotão do seu ambiente, os cientistas puderam mantê-lo estável durante muito tempo. Em alguns casos, estas partículas podem ser mantidas durante meses ou até anos dentro da armadilha. Os investigadores concentraram-se numa propriedade chamada spin, que faz com que a partícula aja como um pequeno íman. Este spin pode apontar em duas direções diferentes, a que os cientistas chamam sistema de dois níveis. Usando campos eletromagnéticos cuidadosamente ajustados, a equipa conseguiu fazer com que o spin oscilasse de um lado para o outro. Este processo é conhecido como controlo coerente e é essencial para realizar medições precisas. Uma das partes mais impressionantes da experiência foi o tempo que o controlo durou. A equipa demonstrou que o spin do antiprotão permaneceu estável durante mais de 50 segundos. Este é um longo período no mundo das partículas subatómicas e permitiu à equipa observar muitas oscilações de spin. Esta estabilidade é um requisito chave para a próxima geração de experimentos de física. Esta investigação visa responder a uma questão fundamental sobre a razão pela qual o universo existe. De acordo com o Modelo Padrão da física, o Big Bang deveria ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria. Contudo, quase tudo o que vemos hoje, das estrelas às pessoas, é feito de matéria. Os cientistas estão à procura de qualquer pequena diferença entre as duas que possa explicar porque é que a matéria prevaleceu. Ao controlar o spin, a equipa BASE pode agora medir as propriedades magnéticas do antiprotão com muito maior precisão. Especificamente, estão a olhar para o fator g, que é um valor que descreve como a partícula reage aos campos magnéticos. Espera-se que a nova técnica seja pelo menos 16 vezes mais precisa do que os métodos anteriores. Mesmo uma pequena diferença no fator g entre protões e antiprotões poderia mudar a nossa compreensão da física. O projeto envolve uma grande colaboração de cientistas de todo o mundo. Além do CERN e do Imperial College de Londres, investigadores de várias outras instituições contribuíram para as descobertas. Este esforço global mostra como o estudo da antimatéria se tornou complexo e importante. Os resultados foram partilhados pela primeira vez na revista científica Nature antes de receberem um reconhecimento mais vasto. Olhando para o futuro, a equipa BASE planeia usar estas novas ferramentas para realizar testes ainda mais sensíveis. Eles querem ver se as leis da natureza tratam a matéria e a antimatéria exatamente da mesma maneira. Se encontrarem uma discrepância, isso poderá levar a uma nova teoria que vá além do Modelo Padrão. Por agora, a capacidade de controlar um antiprotão marca um passo histórico na ciência quântica. Este avanço faz parte de um programa maior no Imperial College de Londres chamado Quantum Tests of Fundamental Physics. Este programa utiliza tecnologia avançada para investigar os princípios mais básicos do mundo natural. Ao combinar engenharia e física, os investigadores esperam desvendar os segredos do início do universo. O sucesso do experimento BASE fornece um caminho claro para descobertas futuras neste campo.