Observatório de neutrinos Super Kamiokande. (Créditos da imagem: Kamioka Observatory/ICRR /The University of Tokyo).

Estamos todos aqui apenas porque a realidade é um reflexo imperfeito de si mesma. Graças a uma falha na simetria da natureza, havia muito material disponível para se acumular nos bilhões de galáxias que agora vemos no Universo.

Quase uma década de dados produzidos pelo experimento de física de partículas de Tokai to Kamioka (T2K) no Japão forneceu a evidência mais forte ainda de um desequilíbrio que poderia ajudar a explicar por que a matéria não desapareceu momentos após sua criação.

O estudo procurou diferenças significativas na forma como as partículas quase sem massa, chamadas neutrinos, mudam de forma, em comparação com a partícula “espelho”, o antineutrino.

Ironicamente, os neutrinos são tão pequenos que mal existem, passando pela maioria das outras partículas sem colidir. Mas o que falta de matéria é compensado em quantidade, sendo um bilhão de vezes mais comum do que os átomos.

De fato, é a abundância de neutrinos, misturada com seu comportamento estranho de alterar propriedades que atrai físicos que procuram explicações para tudo, desde a matéria escura até um aparente desequilíbrio nos tipos de partículas que vemos ao nosso redor.

Quando o Universo ainda era uma bagunça quente compactada em um espaço minúsculo (mas em expansão), a condensação de energia em partículas deveria ter resultado na “arca de Noé de pares de partículas” com propriedades opostas.

Isso significa que elétrons carregados negativamente surgiram ao lado de gêmeos de antimatéria carregados positivamente, chamados de positrões. Como a matéria combinada com a antimatéria é eliminada por uma nuvem de radiação, o espaço deve estar cheio de nada mais substancial do que ondas de luz.

Obviamente, este não é o caso. Pelo menos, não inteiramente. Partículas suficientes de matéria ficam presas para criar coisas como estrelas, cometas, vombates e clipes de papel.

“Quantidades iguais de matéria e antimatéria foram criadas no início do Universo, então uma questão importante em cosmologia é como chegamos ao Universo que vemos hoje, que é dominado pela matéria”, disse ao portal ScienceAlert o físico experimental de partículas Lindsey Bignell, da ANU, na Austrália.

Bignell não fazia parte do estudo, mas sabe uma ou duas coisas sobre o papel dos neutrinos em potencialmente explicar esse estranho desequilíbrio.

“Ainda não temos uma visão completa de como isso aconteceu, mas sabemos que a violação de CP é um ingrediente necessário”, disse Bignell.

CP significa troca de carga e paridade, referindo-se a alterações nas partículas que ocorrem em oposição. Por exemplo, cargas positivas mudam para negativas quando as partículas se tornam antipartículas. Quanto à paridade, é uma mudança de coordenadas, não muito diferente da mão esquerda que corresponde à sua direita.

A inversão de cargas e paridades em um sistema não deve mudar o funcionamento da física; portanto, diríamos que ela obedece à simetria do CP. Se encontrássemos uma diferença, diríamos que a simetria do CP foi violada.

Se essa quebra de simetria fosse grande o suficiente para as partículas certas no início do Universo, poderia ter um efeito indireto que poderia nos deixar com partículas. Também não precisa de muito — apenas algumas partículas precisam permanecer para cada 10 bilhões de fótons produzidos.

Uma dessas violações já havia sido encontrada no início de 1964, quando dois físicos americanos a localizaram indiretamente entre as estatísticas de um tipo raro de decaimento em feixes de quarks chamados kaons.

Embora tenha sido uma descoberta marcante, a escala dessa forma específica de violação não chegou nem perto do suficiente para explicar o desequilíbrio na matéria que vemos hoje.

Desde então, vários físicos depositaram suas esperanças de uma violação significativa da simetria do CP em outras classes de partículas — como a que contém elétrons e neutrinos.

“Uma maneira de inferir a existência de violações de CP neste sistema é medir os padrões de oscilação de neutrinos e antineutrinos”, explicou Bignell. “Se o CP for violado, eles serão diferentes. Foi o que a colaboração T2K fez.”

Pesquisadores do observatório de neutrinos Super Kamiokande mantiveram a medida dessas oscilações em neutrinos após as partículas terem viajado do Complexo de Pesquisa do Acelerador de Prótons do Japão, a cerca de 300 quilômetros de distância.

Nove anos de resultados foram comparados com modelos que descrevem como as partículas devem mudar nessa distância. A massa de dados deste estudo significa que podemos ter mais certeza do que nunca de que uma quebra nessa simetria importantíssima está por trás do padrão observado nos sabores de neutrinos oscilantes.

“Este artigo da colaboração T2K representa uma conquista técnica extraordinária e faz uma importante contribuição para essa questão”, afirmou Bignell.

Ainda estamos longe de uma resposta final sobre a questão de por que a matéria existe como existe e precisamos aguardar experimentos futuros para determinar se essa violação específica ajudará a explicá-la. Caso contrário, talvez precisemos esperar por uma física completamente nova.

A pesquisa foi publicada na revista Nature. [ScienceAlert].