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Visualização do experimento BASE (Imagem: CERN)
A colaboração fez a comparação mais precisa até agora entre prótons e antiprótons e testou se eles se comportam ou não da mesma maneira sob a influência da gravidade
Em um artigo publicado hoje na revista Nature , a colaboração BASE no CERN relata a comparação mais precisa até agora entre prótons e antiprótons, as contrapartes de antimatéria dos prótons.
Analisando as medições de prótons e antiprótons feitas ao longo de um ano e meio na fábrica de antimatéria do CERN , uma instalação única para produção e análises de antimatéria, a equipe do BASE mediu as proporções de carga elétrica para massa do próton e do antipróton com precisão recorde. Os resultados encontrados são idênticos a uma incerteza experimental de 16 partes por trilhão.
“Este resultado representa o teste direto mais preciso de uma simetria fundamental entre matéria e antimatéria, realizado com partículas feitas de três quarks, conhecidos como bárions, e suas antipartículas”, diz o porta-voz do BASE, Stefan Ulmer.
De acordo com o Modelo Padrão , que representa a melhor teoria atual dos físicos sobre partículas e suas interações, partículas de matéria e antimatéria podem diferir, por exemplo, na maneira como se transformam em outras partículas, mas a maioria de suas propriedades, incluindo suas massas, devem ser idênticas . Encontrar qualquer pequena diferença entre as massas de prótons e antiprótons, ou entre as razões de sua carga elétrica e massa, quebraria uma simetria fundamental do Modelo Padrão, chamada simetria CPT, e apontaria para novos fenômenos físicos além do Modelo.
Essa diferença também pode esclarecer por que o universo é composto quase inteiramente de matéria, embora quantidades iguais de antimatéria tenham sido criadas no Big Bang. As diferenças entre partículas de matéria e antimatéria que são consistentes com o Modelo Padrão são menores em ordens de magnitude para poder explicar esse desequilíbrio cósmico observado.
Para fazer suas medições de prótons e antiprótons, a equipe do BASE confinou antiprótons e íons de hidrogênio carregados negativamente, que são proxies carregados negativamente para prótons, em uma armadilha de partículas de última geração chamada armadilha de Penning. Nesse dispositivo, uma partícula segue uma trajetória cíclica com uma frequência próxima à frequência do cíclotron, que varia com a força do campo magnético da armadilha e a relação carga-massa da partícula.
Alimentando alternadamente antiprótons e íons de hidrogênio carregados negativamente, um de cada vez, na armadilha, a equipe do BASE mediu, sob as mesmas condições, as frequências de ciclotron desses dois tipos de partículas, permitindo que suas relações carga-massa fossem comparadas.
Realizadas em quatro campanhas entre dezembro de 2017 e maio de 2019, essas medições resultaram em mais de 24.000 comparações de frequência de ciclotron, cada uma com duração de 260 segundos, entre as razões carga-massa de antiprótons e íons de hidrogênio carregados negativamente. A partir dessas comparações, e depois de contabilizar a diferença entre um próton e um íon de hidrogênio carregado negativamente, os pesquisadores do BASE descobriram que as proporções carga-massa de prótons e antiprótons são iguais a 16 partes por trilhão.
“Esse resultado é quatro vezes mais preciso do que a melhor comparação anterior entre essas proporções, e a razão carga-massa é agora a propriedade medida com mais precisão do antipróton”. diz Stefan Ulmer. “Para alcançar essa precisão, fizemos consideráveis atualizações no experimento e realizamos as medições quando a fábrica de antimatéria foi fechada, usando nosso reservatório de antiprótons, que pode armazenar antiprótons por anos.” Fazer medições de frequência de cíclotrons quando a fábrica de antimatéria não está em operação é o ideal, pois as medições não são afetadas por distúrbios no campo magnético do experimento.
Além de comparar prótons e antiprótons com uma precisão sem precedentes, a equipe do BASE usou suas medições para colocar limites rigorosos em modelos além do Modelo Padrão que violam a simetria CPT, bem como para testar uma lei física fundamental conhecida como princípio de equivalência fraca.
De acordo com este princípio, corpos diferentes no mesmo campo gravitacional sofrem a mesma aceleração na ausência de forças de atrito. Como o experimento BASE é colocado na superfície da Terra, suas medições de frequência de ciclotron de prótons e antiprótons foram feitas no campo gravitacional na superfície da Terra. Qualquer diferença entre a interação gravitacional de prótons e antiprótons resultaria em uma diferença entre as frequências de prótons e antiprótons do cíclotron.
Amostrando o campo gravitacional variável da Terra à medida que o planeta orbita em torno do Sol, os cientistas do BASE não encontraram essa diferença e definiram um valor máximo nesta medição diferencial de três partes em 100.
“Esse limite é comparável aos objetivos iniciais de precisão dos experimentos que visam derrubar o anti-hidrogênio no campo gravitacional da Terra”, diz Ulmer. “O BASE não deixou cair diretamente antimatéria no campo gravitacional da Terra, mas nossa medição da influência da gravidade em uma partícula de antimatéria bariônica é conceitualmente muito semelhante, indicando que não há interação anômala entre antimatéria e gravidade no nível de incerteza alcançado”.
Vídeos:
Vídeo sobre o BASE: https://videos.cern.ch/record/ 2289533
Vídeo sobre a Fábrica de Antimatéria: https://videos.cern.ch/record/2312142
Fotos:
Experiência BASE: https://cds.cern.ch/record/ 2748765
Armadilha BASE: https://cds.cern.ch/record/ 2748764
Fonte: CERN / 05-01-2022
https://home.cern/news/news/physics/base-breaks-new-ground-matter-antimatter-comparisons
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os
conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration),
ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A
partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB),
como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Page: http://pesqciencias.blogspot.com.br
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