Matéria e Antimatéria

Mistério se aprofunda: a matéria ea antimatéria são imagens no espelho

Um experimento relatado recentemente envolvendo matéria e antimatéria foi realizado em Antiproton Decelerator do CERN. Crédito: N. Kuroda Ver imagem em tamanho real

Matéria e antimatéria parecem ser imagens de espelho perfeito do outro, tanto quanto qualquer um pode ver, os cientistas descobriram com precisão sem precedentes, frustrar esperança de resolver o mistério a respeito de porque há muito mais matéria do que antimatéria no universo.

Importa todos os dias é composta de prótons, nêutrons ou elétrons .Estas partículas têm contrapartidas conhecidas como antipartículas - antiprótons e pósitrons, antineutrons, respectivamente - que têm a mesma massa, mas a carga elétrica oposta. (Apesar de neutrões e antineutrons são ambos com carga neutra, eles são, cada um feito de partículas conhecidas como quarks que possuam cargas eléctricas parciais, e as taxas de quark estes são iguais e opostos um ao outro em neutrões e antineutrons).

O universo conhecido é composto de matéria todos os dias. O profundo mistério é, por que o universo não é composto de partes iguais de antimatéria , desde o Big Bang  , que é pensado para ter criado o universo 13,7 bilhões de anos produzido quantidades iguais de ambos. E se a matéria ea antimatéria parecem ser imagens de espelho um do outro em todos os aspectos de economia de sua carga elétrica, pode não haver qualquer muito de qualquer tipo de matéria à esquerda - matéria e antimatéria aniquilam quando se deparam com o outro.

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Verificação de paridade de carga

Os físicos teóricos suspeitar que o extraordinário contraste entre as quantidades de matéria e antimatéria no universo, tecnicamente conhecidos como baryon assimetria, pode ser devido a alguma diferença entre as propriedades da matéria e antimatéria, formalmente conhecido como uma carga-paridade, ou simetria CP violação . No entanto, todos os efeitos conhecidos que levam a violações da simetria CP não conseguem explicar a grande preponderância da matéria sobre a antimatéria.

Potenciais explicações por trás deste mistério poderia mentir em diferenças nas propriedades da matéria e antimatéria - por exemplo, talvez antiprótons deterioração mais rápida do que prótons. Se qualquer diferença for encontrada, ainda que ligeira, "Isso vai naturalmente conduzir a consequências dramáticas para a nossa compreensão contemporânea das leis fundamentais da física", principal autor do estudo Stefan Ulmer, um físico de partículas do Instituto de Pesquisas Físicas e Químicas do Japão (RIKEN ), disse Ciência Viva.

No teste mais rigoroso ainda das diferenças entre prótons e antiprótons, cientistas investigaram a relação entre a carga elétrica em massa em cerca de 6.500 pares de estas partículas durante um período de 35 dias. Para manter a antimatéria e matéria de entrar em contacto, os pesquisadores preso prótons e antiprótons em campos magnéticos. Em seguida, mediram como essas partículas se movem de um modo cíclico naqueles campos, uma característica conhecida como a frequência de ciclotrão, que é proporcional tanto à relação carga-massa dessas partículas e a força do campo magnético.

(Tecnicamente, os investigadores não usar prótons simples nos experimentos, mas os íons de hidrogênio negativos, que consistem em cada um próton cercado por dois elétrons Isto foi feito para simplificar os experimentos -. Antiprótons e íons de hidrogênio negativos são ambos carregados negativamente, e assim por responder da mesma forma a campos magnéticos. Os cientistas poderiam facilmente explicar os efeitos que estes elétrons teve durante os experimentos.)

Imagens de espelho perfeito

Os cientistas descobriram a relação carga-massa dos prótons e antiprótons "é idêntico ao prazo de apenas 69 partes por trilhão," Ulmer disse em um comunicado . Esta medição é quatro vezes melhor do que as medições anteriores deste rácio.

Além disso, os pesquisadores também descobriram que as relações de custo-a-massa eles medidos não variem mais de 720 partes por trilhão por dia, enquanto a Terra gira sobre seu eixo e viaja ao redor do sol.Isto sugere que os prótons e antiprótons se comportam da mesma forma ao longo do tempo como eles zip através do espaço na mesma velocidade, significando que eles não violam o que é conhecido como tempo de carga-paridade, ou simetria CPT.

A simetria CPT é um componente-chave do Modelo Padrão da física de partículas, a melhor descrição para data de como as partículas elementares que compõem o universo se comportam. Nenhuma violação conhecidas de CPT simetria existem. "Qualquer CPT violação detectada terá enorme impacto na nossa compreensão da natureza", disse Ulmer. [ 8 maneiras que você pode ver Teoria da Relatividade de Einstein na vida real ]

Além disso, esses índices carregados por massa não diferir mais de 870 partes por bilhão no campo gravitacional da Terra. Isso significa que o princípio da equivalência fraco, que sustenta que toda a matéria cai na mesma taxa, no mesmo campo gravitacional, também detém a este nível de precisão. O princípio da equivalência fraco é uma pedra angular da teoria de Einstein da relatividade geral, que entre outras coisas é a melhor explicação até agora de como funciona a gravidade .Não há violações conhecidas do princípio de equivalência fraco existem, e quaisquer violações detectadas de que poderia levar a uma revolução no entendimento de ciência da gravidade e do espaço-tempo, e como ambos se relacionam com a matéria ea energia.

Usando mais estável campos magnéticos e outras abordagens, os cientistas pretendem alcançar medições que são pelo menos 10 vezes mais preciso do que o que eles encontraram até agora, disse Ulmer.

Os cientistas detalharam suas descobertas mais recentes on-line 13 de agosto na revista Nature .

Fonte live science

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