Ilustração da criação do anti-hiperhélio-4 durante uma colisão entre dois núcleos de chumbo.
Crédito: Janik Ditzel para a colaboração ALICE
Esse núcleo atômico, o anti-hiperhélio-4, é a antimatéria do hiper-hélio-4. Sua detecção pelo detector ALICE do LHC pode ajudar a resolver um dos maiores enigmas da física: por que o Universo é dominado pela matéria, se matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais no momento do Big Bang?
O LHC, localizado perto de Genebra, é famoso por ter descoberto o bóson de Higgs, uma partícula chave para entender a massa de outras partículas. As colisões no LHC recriam um estado da matéria chamado plasma de quarks e glúons, semelhante ao que existia logo após o Big Bang. É nesse plasma que se formam os hipernúcleos e suas antimatérias.
Os hipernúcleos, que contêm prótons, nêutrons e híperons, são estruturas raras e complexas. Os híperons, ao contrário dos prótons e nêutrons, contêm quarks chamados 'estranhos'. Esses objetos, embora descobertos há décadas nos raios cósmicos, permanecem difíceis de estudar em laboratório.
A colaboração ALICE detectou o anti-hiperhélio-4 ao analisar os dados de colisões de núcleos de chumbo de 2018. Essa detecção foi possível graças a uma técnica de aprendizado de máquina que supera os métodos de pesquisa tradicionais. Os cientistas também mediram sua massa, confirmando as previsões das teorias atuais.
O estudo da antimatéria pode esclarecer o mistério da assimetria matéria-antimatéria. Os resultados mostram que matéria e antimatéria são produzidas em quantidades iguais no plasma de quarks e glúons, reforçando o enigma da predominância da matéria no Universo.
O que é o plasma de quarks e glúons?
O plasma de quarks e glúons é um estado da matéria que existia logo após o Big Bang. Nesse estado, os quarks e glúons, os constituintes fundamentais dos prótons e nêutrons, não estão confinados em partículas, mas formam uma 'sopa' densa e quente.Esse estado é recriado em colisores como o LHC ao colidir núcleos atômicos em energias extremamente altas. Essas colisões permitem que os cientistas estudem as propriedades da matéria em condições semelhantes às dos primeiros instantes do Universo.
Ilustração de partículas de antimatéria entrando no detector ALICE no LHC.
Crédito: ORIGINS Cluster/S. Kwauka
O plasma de quarks e glúons é crucial para entender como os quarks e glúons se combinaram para formar os prótons e nêutrons, os blocos básicos da matéria visível no Universo hoje.
Por que a antimatéria é tão rara?
A antimatéria é o oposto da matéria, com partículas que têm cargas elétricas opostas. Por exemplo, o antipróton tem carga negativa, ao contrário do próton, que é positivo.De acordo com as teorias atuais, matéria e antimatéria foram produzidas em quantidades iguais durante o Big Bang. No entanto, uma ínfima assimetria levou à predominância da matéria. As razões exatas para essa assimetria permanecem um dos maiores mistérios da física.
O estudo da antimatéria, como o anti-hiperhélio-4, pode fornecer pistas sobre essa assimetria. Ao entender como e por que a antimatéria desapareceu, os cientistas esperam desvendar os segredos dos primeiros instantes do Universo.