Será que os profundos mistérios da antimatéria e da matéria escura podem estar ligados? Pensando que eles podem ser, cientistas da colaboração internacional BASE, liderado por Stefan Ulmer do RIKEN Cluster for Pioneering Research, e colaboradores realizaram os primeiros experimentos de laboratório para determinar se uma maneira ligeiramente diferente na qual a matéria e a antimatéria interagem com a matéria escura pode ser a chave para resolver os dois mistérios.

A matéria escura e a antimatéria são problemas incômodos para os físicos que tentam entender como nosso mundo funciona em um nível fundamental.

O problema com a antimatéria é que embora o Big Bang devesse ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria, o universo observável é feito apenas de matéria. A antimatéria é criada todos os dias em experimentos e por processos naturais, como raios, mas é rapidamente aniquilado em colisões com matéria regular. As previsões mostram que nossa compreensão do conteúdo de matéria do universo está errada em nove ordens de magnitude, e ninguém sabe por que existe a assimetria.

No caso da matéria escura, é conhecido por observações astronômicas que alguma massa desconhecida está influenciando as órbitas das estrelas nas galáxias, mas as propriedades microscópicas exatas dessas partículas permanecem desconhecidas. Uma teoria é que eles são um tipo de partícula hipotética conhecida como axion, que tem um papel importante em explicar a falta de violação de simetria na interação forte no modelo padrão da física de partículas.

Os colaboradores do grupo BASE questionaram se a falta de antimatéria pode ser porque ela interage de forma diferente com a matéria escura, e comece a testar isso. Para o experimento, eles usaram um dispositivo especialmente projetado, chamada de armadilha Penning, para prender magneticamente um único antipróton, impedindo-o de entrar em contato com a matéria comum e ser aniquilado. Eles então mediram uma propriedade do antipróton chamada de frequência de precessão do spin. Normalmente, isso deve ser constante em um determinado campo magnético, e uma modulação desta frequência pode ser explicada por um efeito mediado por partículas semelhantes a axions, que são candidatos hipotéticos à matéria escura.

Primeiro autor do estudo, Christian Smorra, diz, "Pela primeira vez, buscamos explicitamente uma interação entre matéria escura e antimatéria, e embora não tenhamos encontrado uma diferença, estabelecemos um novo limite superior para a interação potencial entre matéria escura e antimatéria. "

Olhando para o futuro, Stefan Ulmer do RIKEN Cluster for Pioneering Research, quem é o porta-voz da Colaboração BASE, diz, "De agora em diante, planejamos melhorar ainda mais a precisão de nossas medições da frequência de precessão do spin do antipróton, permitindo-nos definir restrições mais rigorosas sobre a invariância fundamental da carga, paridade e tempo, e para tornar a busca por matéria escura ainda mais sensível. "

O trabalho foi publicado em Natureza .