O universo é feito de “algo” em vez de “nada”, e isso representa um problema. Bem, uma rápida ressalva: essa peculiaridade inexplicável da ciência é uma ótima notícia para você, para mim e para todos os seres vivos do cosmos, já que significa que nós, formados por matéria, podemos existir. Mas, do ponto de vista da física de partículas, isso representa uma enorme lacuna no Modelo Padrão, que é a melhor teoria atual para explicar o estranho mundo subatômico.
O laboratório suíço CERN, sede do Grande Colisor de Hádrons (LHC), está na linha de frente das investigações sobre esse mistério, que envolve uma possível violação de uma das leis fundamentais da natureza conhecida como simetria carga-paridade-tempo (ou simetria CPT). Essa teoria, proposta há quase 75 anos, sustenta que matéria e antimatéria se comportam de forma idêntica, o que significaria que ambas deveriam ter se aniquilado mutuamente nos primeiros instantes após o Big Bang. No entanto, por alguma razão ainda desconhecida, a matéria prevaleceu.
Agora, uma nova pesquisa apresenta uma ferramenta inédita que pode ajudar a entender por que o universo contém “algo” em vez de “nada”. De forma simples, os pesquisadores criaram o primeiro “qubit” de antimatéria do mundo. Um qubit é a menor unidade de informação em um computador quântico, capaz de representar múltiplos estados simultaneamente graças às propriedades da mecânica quântica. A criação desse qubit foi realizada pela equipe do experimento BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), usando a chamada “fábrica de antimatéria” do CERN.
Como ocorre com a maioria dos sistemas quânticos, o principal desafio foi evitar que o antipróton sofresse “decoerência”, ou seja, que perdesse suas propriedades quânticas devido a interferências do ambiente ao redor. Os pesquisadores conseguiram manter o antipróton preso e oscilando suavemente entre dois estados quânticos por quase um minuto, medindo as transições entre seus momentos magnéticos através de um processo chamado “espectroscopia quântica de transição coerente”.
Embora complexo, esse método pode ser comparado a empurrar uma criança num balanço: com o impulso certo, o movimento oscila de forma ritmada e precisa. Agora imagine que o balanço é um único antipróton preso e que oscila entre seus estados de spin “para cima” e “para baixo” de forma controlada. A equipe do BASE conseguiu isso usando um sistema sofisticado de armadilhas eletromagnéticas que aplicam os “empurrões” certos no momento exato. E como esse “balanço” tem propriedades quânticas, o qubit de antimatéria pode, enquanto não for observado, apontar para várias direções ao mesmo tempo.
Esse qubit não foi criado para funcionar em um computador quântico avançado. Seu propósito é auxiliar na exploração dos limites do Modelo Padrão da física de partículas. Em estudos anteriores, o grupo BASE já havia demonstrado que os momentos magnéticos de prótons e antiprótons são idênticos até uma margem de apenas algumas partes por bilhão. Qualquer desvio detectável violaria a simetria CPT e poderia explicar por que, após o Big Bang, os prótons superaram os antiprótons. No entanto, essas medições anteriores usavam técnicas incoerentes, sensíveis a variações no campo magnético e a interferências causadas pelas próprias medições. A nova técnica elimina esses ruídos, permitindo observações coerentes muito mais precisas do que as feitas anteriormente.
“Essa é a criação do primeiro qubit de antimatéria e abre a possibilidade de aplicar todo o conjunto de métodos de espectroscopia coerente a sistemas individuais de matéria e antimatéria em experimentos de alta precisão”, afirmou Stefan Ulmer, porta-voz do BASE e coautor do estudo, em comunicado à imprensa. “Mais importante ainda: isso permitirá que o BASE realize medições do momento magnético do antipróton, em experimentos futuros, com precisão entre 10 e 100 vezes maior. ”
E esse novo nível de precisão é apenas o começo. Um projeto paralelo, conhecido como BASE-STEP (Testes de Simetria em Experimentos com Antiprótons Portáteis), desenvolveu um sistema móvel de armadilhas que permite transportar antiprótons para outros laboratórios com ambientes mais estáveis. Em outubro do ano passado, a equipe do BASE-STEP conseguiu transportar 70 prótons por caminhão em uma viagem de ida e volta dentro do complexo do CERN. Isso abre caminho para que laboratórios em toda a Europa (e quem sabe, no futuro, do mundo inteiro) possam colaborar na busca por uma resposta a um dos maiores mistérios da física moderna.
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