Por pouco mais de uma semana em julho de 2018, uma equipe de físicos da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) tentou uma nova técnica para desacelerar as partículas de antimatéria que se moviam em velocidades vertiginosas. Esses 10 dias de observação foram o ápice de 10 anos de desenvolvimento em uma colaboração internacional chamada ALPHA, que supervisionou o projeto e a construção de um laser de alta potência. Os físicos anunciaram na quarta-feira (31) que seu laser pode reduzir a velocidade da antimatéria significativamente, trazendo sua temperatura para perto do zero absoluto.

A pesquisa da equipe foi publicada na quarta-feira na Nature. Retardar a antimatéria é crucial para uma melhor compreensão de como as leis que regem a matéria regular se comportam de maneira diferente quando se lida com o seu inverso. A antimatéria é uma espécie de espelho da matéria; as partículas são as mesmas, mas com cargas opostas. Os elétrons de matéria regular têm carga negativa; pósitrons de antimatéria são carregados positivamente. Então você tem prótons com carga positiva e antiprótons com carga negativa, e assim por diante. A antimatéria e a matéria se aniquilam quando entram em contato uma com a outra, mas felizmente as minúsculas quantidades produzidas no CERN não representam uma ameaça para nós.

Nos 93 anos que conhecemos a antimatéria, nossa capacidade de realizar experimentos com o material avançou consideravelmente. Agora em sua segunda fase, o ALPHA planeja “brincar” com átomos de anti-hidrogênio — literalmente, um pósitron orbitando um antipróton, assim como um elétron orbita um próton no hidrogênio regular. O anti-hidrogênio, capturado pela primeira vez em 2011, é o principal candidato para essa experimentação porque é o antiátomo mais simples.

“A desaceleração do movimento dos antiátomos nos permite realizar medições mais precisas de suas propriedades. Na dia a dia, você pode imaginar que as coisas se movendo rapidamente são mais difíceis de ver do que as coisas se movendo lentamente”, disse Makoto Fujiwara, um físico de partículas da equipe de aceleradores de partículas TRIUMF do Canadá, em uma videochamada. “A mesma coisa acontece na física quântica…Quanto mais tempo você tiver para observar  determinada propriedade, mais precisa será sua medição. ”

Quando preso, o anti-hidrogênio se move tão rápido quanto uma potente Lamborghini Gallardo, a pouco mais de 320 km/h, disse Fujiwara. Os físicos bombardearam os antiátomos com fótons, ou partículas de luz, disparados de um laser.

“Uma vez que o fóton atinge os átomos, ele os estimula, mas também muda seu movimento”, disse Takamasa Momose, espectroscopista atômico molecular afiliado ao projeto e que construiu o laser, em uma videochamada. “O que fizemos foi controlar a luz de forma que apenas estimularíamos os átomos que se aproximavam dos fótons e os desaceleramos”.
Os pesquisadores usaram a técnica de bombardeio, chamada de resfriamento a laser, para desacelerar os antiátomos reduzindo assim sua temperatura. Os fótons subatômicos são basicamente a munição para essa arma de laser e os antiátomos são os alvos.

Com um frio tão extremo, ficou mais fácil avaliar como as partículas se comportavam. Uma melhor compreensão desse comportamento poderia fornecer insights sobre o que aconteceu com toda a antimatéria do universo, uma dúvida de longa data da física de partículas. A grande questão — a assimetria percebida do universo, que tem muito mais matéria do que antimatéria — depende da compreensão de como as estruturas de antimatéria cada vez maiores funcionam em relação às suas correspondentes de matéria regular.

Pensando no futuro, Fujiwara e Momose têm uma série de planos para novos estudos de antimatéria. Há a questão das moléculas de antimatéria e como elas se comparam às que vemos em nossa vida diária. O projeto HAICU, uma colaboração canadense com o CERN programada para começar em algum momento entre 2027 e 2036, visa construir uma fonte antiatômica, com a qual a equipe lançaria antiátomos no vácuo para ver como eles caem.

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Antes do HAICU, há um projeto em andamento no CERN para medir o efeito da gravidade na antimatéria, chamado Alpha-g. “O que faremos é carregar um átomo de anti-hidrogênio e ver como ele cai, e ver se é exatamente igual à matéria normal”, disse Fujiwara. “Se um átomo está quente, se eles estão se movendo muito rápido, quando você os libera, eles vão para todos os lugares. Não podemos ver o que a gravidade faz. Mas se você deixar as coisas muito lentas, eles reagem à gravidade com mais sensibilidade.”

Os pesquisadores esperam que as questões sobre as peculiaridades do universo, que há muito tempo permanecem sem resposta, sejam finalmente resolvidas. A antimatéria continua inofensiva devido à sua quantidade insignificante. Quando tais estruturas se tornam mais complicadas, no entanto, as coisas podem ficar realmente interessantes — imagine moléculas inteiras de antimatéria. Mas, primeiro, o mais importante: vamos aprender mais sobre a física delas.