Uma das perguntas que assombra a humanidade há milhares de anos é “por que nós existimos?”. Filósofos e cientistas procuram há muito tempo uma resposta a essa questão; talvez ela possa ser encontrada na física de partículas.

De acordo com o Modelo Padrão da física de partículas, quando nosso universo nasceu, a matéria e a antimatéria deveriam ter se aniquilado ao se encontrarem. Isso significa que nada deveria ter existido, nem a Terra, o Sol, as galáxias e os seres humanos. Mas aqui estamos.

O Modelo Padrão

Segundo Raymond Co, físico e pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Michigan, "Existe uma clara contradição com o modelo padrão. Por que o universo inteiro está cheio de matéria e conta com pouquíssima antimatéria?”, diz ele.

O Modelo Padrão da física de partículas explica três forças fundamentais no universo: eletromagnetismo, força fraca e força forte. O eletromagnetismo é a força entre quaisquer partículas que tenham carga. A força fraca faz com que os nêutrons se decomponham. A força forte explica por que partículas subatômicas, como nêutrons e prótons, se mantêm unidas.

Entretanto, existem algumas contradições nesse modelo, e uma delas é o desequilíbrio entre matéria e antimatéria. Além disso, ele não explica a existência de matéria escura e muito menos propriedades observadas em nêutrons.

Para resolver o problema dos nêutrons, em 1977, os físicos propuseram uma partícula hipotética chamada "áxion". Cinco anos depois, os pesquisadores descobriram que esta também era capaz de resolver o impasse da matéria escura.

A resposta está no áxion

O áxion é pelo menos bilhões de vezes mais leve que o próton e quase não interage com a matéria normal. Isso explica por que ainda não foi detectado mesmo com instrumentação que nos permite a identificação de prótons, nêutrons e elétrons.

Além de ser uma possível resposta à questão da matéria escura, agora Raymond Co e Keisuke Harigaya — pesquisador do Institute for Advanced Study — sugerem que ele é capaz de explicar outro problema: o desequilíbrio entre matéria e antimatéria.

Antes, os físicos acreditavam que, nos estágios iniciais do universo, logo após o Big Bang, o campo axial era estático no começo e depois passou a oscilar à medida que o universo foi esfriando. Em vez disso, atualmente os pesquisadores sugerem que o campo axial tinha uma dinâmica mais interessante nesse estágio inicial. “Você pode imaginar o áxion como uma bola em uma garrafa de plástico, e a bola está fazendo algum tipo de oscilação para a frente e para trás no ponto mais baixo da garrafa. Mas antes de rolar para a frente e para trás ao longo do fundo, o áxion estava girando em um padrão circular ao redor do corpo da garrafa“, disse Co.

Co e Harigaya acreditam que por meio das interações fornecidas pelas forças forte e fraca, a rotação do áxion cria apenas um pouco mais de matéria do que antimatéria. E, quando as duas se juntam, em vez de se aniquilarem completamente, resta uma em 10 bilhões de partes de matéria, o que forma o mundo como conhecemos hoje.

“As pessoas sempre querem saber por que estamos aqui. E essa é a assimetria matéria-antimatéria no sentido técnico. O que é empolgante em nosso trabalho é que o áxion fornece explicações simultâneas aos três problemas da física de partículas: matéria escura, assimetria 'matéria-antimatéria' e para a violação da simetria CP”.

Os responsáveis pelo estudo também acreditam que, como esses problemas não foram estudados simultaneamente utilizando uma estrutura de áxion, ainda é preciso realizar muito trabalho sobre o tópico, os quais podem incluir pesquisas de ondas gravitacionais e da origem da massa de neutrinos. A estrutura será submetida a testes experimentais em um futuro próximo.