Os físicos acreditam que o universo é feito de matéria e antimatéria desde a década de 1930. Embora estejamos bem cientes do que é a questão física, a antimatéria permaneceu uma substância indescritível.

Mas isso está prestes a mudar:nossa pesquisa recém-publicada sobre anti-hidrogênio - a contraparte da antimatéria do hidrogênio - anuncia uma nova era no esforço de entender mais sobre a antimatéria e como ela conseguiu nos escapar.

Então, o que é antimatéria? No final dos anos 1920, Paul Dirac previu a existência de partículas "espelho" - contrapartes opostas aos elétrons e prótons já conhecidos. Essas partículas de espelho tinham carga oposta, então eram um elétron positivo e um próton negativo - mais tarde denominado pósitron e antipróton. O pósitron foi descoberto alguns anos depois, em 1932, mas os cientistas demoraram até 1955 para descobrir o antipróton.

A descoberta foi complicada, pois a antimatéria não parece prevalecer no universo. Na verdade, o antipróton só foi descoberto porque um acelerador de partículas foi construído especificamente para criá-los.

De acordo com a famosa equação de Einstein, E =mc² a massa pode ser convertida em energia e vice-versa. O acelerador funcionava fornecendo energia suficiente para criar antiprótons, convertendo energia em massa. A massa é um portador compacto de energia, mas nem tudo pode ser liberado normalmente - até mesmo uma arma nuclear libera apenas uma pequena fração da energia de sua massa.

Quando uma partícula e sua antipartícula são reunidas, eles se aniquilam - isto é, eles colidem e desaparecem - e toda a sua energia de massa é liberada em uma explosão de luz. O oposto também é verdadeiro:com energia suficiente, podemos criar matéria, mas como aniquilação, este processo também é simétrico, portanto, matéria e antimatéria sempre serão criadas em quantidades iguais.

Este é o processo pelo qual o primeiro antipróton foi criado, e ainda é o que usamos hoje. Mas é incrivelmente ineficiente:em um processo de criação típico no desacelerador antipróton do CERN, cerca de 1m de prótons colidem com um alvo de metal para produzir um único antipróton.

Por que isso Importa?

Os físicos acreditam que o universo foi criado no Big Bang bilhões de anos atrás, e em particular porque começou tão quente e minúsculo que nenhuma partícula poderia se formar logo no início. Enquanto esta sopa de energia primordial esfriava, partículas e antipartículas formadas em quantidades iguais. Mas menos de um segundo depois do Big Bang, algo aconteceu que causou uma assimetria, deixando um pequeno excesso de matéria para trás. Então, para onde foi toda a antimatéria? Simplesmente não sabemos - este é um dos maiores mistérios da física.

Não há explicação para essa assimetria, na verdade, não podemos explicar como podemos estar aqui, já que essa assimetria é necessária para que o universo que conhecemos existe.

Apesar de muitas vidas de observação cuidadosa dos céus, até agora, nenhuma pista foi encontrada para nos dizer por que existe essa assimetria entre matéria e antimatéria. Muitos cientistas analisaram a antimatéria de várias maneiras, tentar desvendar se há alguma diferença fundamental entre ele e a matéria que poderia ter causado essa assimetria. O método tradicional é observar os resultados de colisões de alta energia, por exemplo, usando o grande colisor de hadron no CERN. Contudo, agora estamos buscando uma alternativa muito promissora para isso.

O hidrogênio é a substância mais abundante do universo e consiste em apenas um elétron e um próton. É justo dizer que é o sistema mais bem compreendido da física, tanto experimentalmente quanto teoricamente. Ele também desempenhou um papel fundamental nas descobertas que levaram à mecânica quântica. As propriedades internas do hidrogênio foram estudadas com incrível precisão usando lasers, e a diferença de energia entre seu estado fundamental e o primeiro estado excitado - onde há excesso de energia - é conhecida em detalhes. É semelhante a uma corda de violão - seu estado fundamental significa que a corda não está vibrando e um estado de excitação significa que está. Quanto mais está vibrando, mais animado ele fica.

Por mais de 30 anos, pesquisadores têm trabalhado para desvendar o mistério da antimatéria usando anti-hidrogênio, e acabamos de realizar um grande avanço.

O que acabamos de fazer é iluminar os átomos de anti-hidrogênio aprisionados e excitá-los até seu primeiro estado de excitação. Podemos estudar seu comportamento à medida que eles ganham energia da luz laser (ficam animados). Eventualmente, eles se separam - é assim que poderíamos dizer que eles absorveram a energia.

Um dos motivos pelos quais tem sido tão difícil fazer isso é que a antimatéria sempre é aniquilada quando encontra matéria. Isso torna o armazenamento difícil - você não pode simplesmente colocá-lo em uma garrafa. Contudo, já conseguimos fazer e manter o anti-hidrogênio usando uma série de eletroímãs que podem restringi-lo, o que nos permitiu fazer essa pesquisa.

Esta primeira medição nos permite comparar o hidrogênio e o anti-hidrogênio com uma precisão sem precedentes - na verdade, é a comparação mais precisa de um átomo e um antiatoma já feita.

Usando esta medição, eles parecem idênticos, e embora isso fosse esperado, é a primeira confirmação experimental. Por enquanto, o mistério da indescritível antimatéria continua - mas é algo que continuamos a perseguir.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.