Antimatéria, Simetria e Neil deGrasse Tyson
Imagine que você fosse para o centro do Sol - e conseguisse não ser vaporizado. Você iria notar que a luz que passa ao redor da sua cabeça é composta principalmente por raios-x e poucos raios gama, os quais, como a luz, também são ondas eletromagnéticas. Contudo, diferentemente da luz, os raios-x do Sol contêm uma quantidade de energia tão absurda que você poderia se perguntar o que aconteceria se esse valor de energia fosse colocado na equação E=mc2. Nessa fórmula, energia (E) e massa (m) são como moedas intercambiáveis, equivalentes por um fator constante que se descobriu ser a velocidade da luz (c) ao quadrado. Assim, esses raios-x sozinhos teriam tanta energia que poderiam criar matéria espontaneamente, como um par de elétrons.
Durante toda a sua vida, o Sol, em seu interior, forja matéria a partir de raios-x na forma de elétrons e antielétrons, mais conhecidos como positrons. Ambos são, respectivamente, matéria e antimatéria. Poucas frações de segundos após o Big Bang, quando o Universo ainda era quente o suficiente, essa conversão entre energia na forma de fótons e matéria era constante: fótons convertiam sua energia nos pares de matéria e antimatéria, enquanto matéria e antimatéria se anulavam, voltando a ser fótons. Uma das mais belas simetrias da ciência. Nesse caso, por simetria não tratamos apenas do seu conceito geométrico. Muito além desse, existem as simetrias das leis básicas que governam o mundo físico.
Mas, o que é simetria? Em uma definição informal, diz-se que um objeto é simétrico se for possível fazer algum processo que, depois de realizado, o objeto é visto do mesmo modo que antes. Por exemplo, se um cubo uniforme for girado em 90 graus, ele será aparentemente igual a antes do giro. Já com relação às leis da natureza, pode-se afirmar que respeitam a certa simetria se as leis se mantêm as mesmas quando mudamos o ponto de vista do qual geralmente ocorrem. As maneiras que se pode mudar os pontos de vista, sem mudar as leis - isto é, alcançando os mesmos resultados - são os tipos de simetrias de determinado fenômeno físico. Galileu e, sobretudo, Newton, utilizavam amplamente de simetrias, as quais foram modificadas pelas teorias das relatividades especial e geral, como a contração do espaço, o alongamento do tempo e a transformação de energia em massa. Desta última, juntamente com uma simetria conhecida como paridade simétrica de cargas, a cosmologia tenta explicar a dominação da matéria sobre a antimatéria.
Afinal, se na infância do Universo os pares de partículas e antipartículas se aniquilavam em energia, quando o Universo se expandiu e se esfriou o suficiente para essa conversão não ser mais instantânea, deveria existir somente energia. Todavia, obviamente isso não aconteceu. Se a simetria tivesse sido de fato conservada, não estaríamos aqui para falar dela. Algo ocorreu naquela época e gerou o que é denominado intuitivamente de quebra de simetria . Seria um caso de "A natureza desobedecendo suas próprias leis", como disse o célebre astrofísico Neil deGrasse Tyson. Em algum momento logo após o Big Bang, um raio de luz muito energético produziu apenas uma partícula de matéria e não a correspondente de antimatéria, fenômeno que ocorre 1 em 100 milhões de vezes apenas. Essa partícula de matéria existiria então para sempre, pois não haveria outra para aniquilá-la, e é graças a essa quebra de simetria que o Universo que vivemos existe.
A causa dessa quebra de simetria? É um mistério. Cientistas conseguem criar os pares de matéria e antimatéria em laboratórios, mas sempre a simetria se impõe. Sempre são criados somente pares que se destroem e formam luz. É frustrante. Apesar disso, um mistério não é ao todo ruim. Aliás, paradoxalmente, é o que move e dá fascínio à ciência.
Portanto, na 77ª edição do Jornal PET Elétrica, convidamos você, nosso prezado leitor, a conhecer como surgiu o grande mistério da antimatéria e como essa se faz presente em nossas vidas. Além disso, um artigo levanta a estranha -ou não- possibilidade de cidades sem semáforos, outro mostra como o grafeno trouxe novas perspectivas à energia renovável fotovoltaica, e, por fim, o fracasso da fosfoetanolamina é explicado conforme os devidos rigores do método científico. Boa leitura!