Dentro do Grande Colisor de Hádrons (LHC em inglês), um túnel subterrâneo circular com 27 km de circunferência na fronteira da França com a Suíça, cientistas aceleram partículas subatômicas até velocidades próximas à da luz. Essas colisões provocam, por frações de segundo, as mesmas condições que existiam no Universo logo após o Big Bang.
Em meio a esse mar de partículas, os físicos naturalmente procuram aquelas que são mais raras, instáveis ou possuem propriedades incomuns, como hipernúcleos exóticos e também seus equivalentes de antimatéria, antinúcleos e anti-hipernúcleos. Esse tipo de pesquisa pode ampliar nosso entendimento do Universo, e levar a descobertas sobre novas forças, dimensões extras ou partículas fundamentais.
Entre inúmeras observações realizadas, a colaboração internacional ALICE no LHC anunciou recentemente a primeira evidência de anti-hiper-hélio-4, que é composto de dois antiprótons, um antinêutron e um antilambda. Segundo um artigo hospedado no servidor de pré-impressões arXiv (não revisto por pares), esta é a primeira observação de um hipernúcleo mais pesado de antimatéria no LHC.
Começando a entender o hiper-hélio-4
Antes de entender a importância do anti-hiper-hélio 4, é necessário destacar que o seu equivalente não é uma matéria comum, mas sim uma partícula bariônica exótica. É também uma forma de hipernúcleo, composta por partículas chamadas híperons. Isso significa que o hiper-hélio-4 não é uma partícula composta apenas por prótons e nêutrons, mas uma versão "modificada" do hélio-4, um isótopo do hélio.
Segundo elemento mais leve e abundante do Universo, o hélio tem um núcleo com dois prótons e dois nêutrons, e dois elétrons girando em volta. Enquanto estes não são compostos por partículas menores, os prótons e nêutrons são formados por três quarks: os prótons têm dois quarks up e um quark down, e os nêutrons, um quark up e dois downs.
Mas, além desses tipos de quarks, existem outros, como o chamado strange que, quando se junta a outros dois quarks, forma um híperon, partícula parecida com o nêutron e o próton, porém mais pesada. Embora instáveis, os híperons têm vida útil suficiente para se unir a prótons e nêutrons, formando o hiper-hélio-4, composto por dois prótons, um nêutron e um híperon lambda.
Por que o anti-hiper-hélio-4 é importante?
Em sua busca por hipernúcleos, que, além de prótons e nêutrons, contêm híperons, os pesquisadores usaram uma abordagem de aprendizado de máquina para identificar sinais de hiper-hidrogênio-4, hiper-hélio-4 e seus equivalentes de antimatéria. Os sinais foram observados com 3,5 desvios-padrão, um indicativo de que a evidência é sólida e confiável,
Curiosamente, as evidências encontradas pelos pesquisadores da ALICE no experimento não foram do hiper-hélio-4, mas sim do seu equivalente em antimatéria, o anti-hiper-hélio-4, composto de dois antiprótons, um antinêutron e um antilambda. Para isso, eles observaram os produtos de decaimento do anti-hiper-hélio-4, ou seja, um núcleo de anti-hélio-3, um antipróton e um píon carregado.
A importância dessa descoberta está em seu ineditismo, pois, até agora, pouco se sabia sobre como os hipernúcleos de antimatéria poderiam existir ou se comportar. O anti-hiper-hélio-4 é o primeiro desse tipo já observado. Por ser uma forma extremamente rara e exótica de antimatéria, o estudo desse hipernúcleo pode ajudar a aprofundar o entendimento sobre essas partículas com cargas opostas.
Implicações da descoberta do hipernúcleo mais pesado de antimatéria
Em um release, a equipe da ALICE afirma que as medidas do anti-hiper-hélio-4 e do anti-hiper-hidrogênio-4 são compatíveis com os valores médios mundiais atuais. Além disso, os pesquisadores também determinaram as taxas de rendimento antipartícula-partícula, e descobriram que elas estavam dentro das incertezas experimentais.
Dessa forma, concluíram que os experimentos do LHC até agora mostraram que antimatéria e matéria são produzidas em quantidades iguais, e essa informação acrescenta conhecimento à pesquisa em andamento sobre o desequilíbrio matéria-antimatéria no Universo.
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