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Matéria traduzida de Physics World (fonte)

Nosso universo possui um parceiro de antimatéria do outro lado do Big Bang, dizem físicos.

Nosso universo poderia ser a imagem espelhada de um universo de antimatéria que se estende  no tempo antes do Big Bang. Físicos no Canadá inventaram um novo modelo cosmológico que postula a existência de um “antiuniverso” que, emparelhado com o nosso, preserva uma regra fundamental da física chamada simetria CPT. Os pesquisadores ainda precisam elaborar muitos detalhes de sua teoria, mas dizem que isso naturalmente explica a existência da matéria escura.

Os modelos cosmológicos nos dizem que o universo – espaço, tempo e massa / energia – explodiu há 14 bilhões de anos e desde então expandiu e resfriou, levando à formação progressiva de partículas subatômicas, átomos, estrelas e planetas.

No entanto, Neil Turok, do Perimeter Institute for Theoretical Physics, em Ontário, avalia que a confiança desses modelos em parâmetros ad-hoc significa que eles cada vez mais se assemelham à descrição de Ptolomeu do sistema solar. Um desses parâmetros, diz ele, é o breve período de rápida expansão conhecido como inflação, que pode explicar a uniformidade em grande escala do universo. “Há esse padrão mental que você utiliza para explicar um novo fenômeno inventando uma nova partícula ou campo”, diz ele. “Acho que isso pode ser equivocado”.

Em vez disso, Turok e seu colega do Perimeter Institute, Latham Boyle, começaram a desenvolver um modelo do universo que pudesse explicar todos os fenômenos observáveis ​​baseados apenas nas partículas e campos conhecidos. Eles se perguntaram se existe uma maneira natural de estender o universo para além do Big Bang – uma singularidade em que a relatividade geral se rompe – e depois sai do outro lado. “Descobrimos que sim”, diz ele.

A resposta foi assumir que o universo como um todo obedece à simetria CPT. Este princípio fundamental requer que qualquer processo físico permaneça o mesmo se o tempo for revertido, espaço invertido e partículas substituídas por antipartículas. Turok diz que este não é o caso do universo que vemos ao nosso redor, onde o tempo corre à medida que o espaço se expande, e há mais matéria do que antimatéria.

Modelo de um universo simétrico CPT
Em um universo simétrico CPT, o tempo iria correr para trás a partir do Big Bang e a antimatéria iria dominar (Cortesia: L Boyle / Perimeter Institute of Theoretical Physics)

Em vez disso, diz Turok, a entidade que respeita a simetria é um par universo-antiuniverso. O antiuniverso se estenderia no tempo a partir do Big Bang, ficando maior à medida que fosse dominado pela antimatéria, além de ter suas propriedades espaciais invertidas em comparação às do nosso universo – uma situação análoga à criação de pares elétron-pósitron no vácuo, diz Turok.

Turok, que também colaborou com Kieran Finn, da Universidade de Manchester, no Reino Unido, reconhece que o modelo ainda precisa de muito trabalho e é provável que tenha muitos opositores. De fato, ele diz que ele e seus colegas “tiveram uma discussão prolongada” com os árbitros revisando o artigo para a Physical Review Letters – onde foi finalmente publicado – sobre as flutuações de temperatura no fundo das microondas cósmicas. “Eles disseram que tínhamos que explicar as flutuações e dissemos que é um trabalho em andamento. Eventualmente eles cederam ”, diz ele.

Em termos muito amplos, diz Turok, as flutuações são devidas à natureza mecânico-quântica do espaço-tempo próximo da singularidade do Big Bang. Enquanto o futuro distante de nosso universo e o passado distante do antiuniverso forneceriam pontos fixos (clássicos), todas as possíveis permutações quânticas existiriam no meio. Ele e seus colegas contaram as instâncias de cada configuração possível do par de CPT e, a partir disso, o que é mais provável existir. “Acontece que o universo mais provável é aquele que se parece com o nosso”, diz ele.

Turok acrescenta que a incerteza quântica significa que o universo e o antiuniverso não são imagens-espelho um do outro – o que evita problemas espinhosos como o livre-arbítrio.

Mas problemas de lado, Turok diz que o novo modelo fornece um candidato natural para a matéria escura. Este candidato é uma partícula ultra-indescritível e muito massiva chamada neutrino “estéril”, hipotetizado para explicar a massa finita (muito pequena) de neutrinos “canhotos” mais comuns. De acordo com Turok, a simetria CPT pode ser usada para calcular a abundância de neutrinos destros em nosso universo a partir dos primeiros princípios. Ao fatorar a densidade observada da matéria escura, ele diz que a quantidade produz uma massa para o neutrino destro de cerca de 5×10⁸ GeV – cerca de 500 milhões de vezes a massa do próton.

Turok descreve essa massa como “tentadoramente” semelhante à derivada de um par de sinais de rádio anômalos detectados pela Antena Impulsiva Transiente Antártica (ANITA). O experimento transmitido por balão, que voa alto sobre a Antártida, geralmente observa raios cósmicos viajando pela atmosfera. No entanto, em duas ocasiões, a ANITA parece ter detectado partículas viajando através da Terra com massas entre 2 e 10×10⁸ GeV. Dado que os neutrinos comuns quase certamente interagiriam antes de chegar tão longe, Thomas Weiler, da Universidade de Vanderbilt, e seus colegas propuseram recentemente que os culpados estavam, ao contrário, destruindo neutrinos destros.

Turok, no entanto, aponta um inconveniente – o modelo simétrico CPT exige que esses neutrinos sejam completamente estáveis. Mas ele continua cautelosamente otimista. “É possível fazer essas partículas decaírem ao longo do tempo do universo, mas isso requer um pequeno ajuste do nosso modelo”, diz ele. “Então, ainda estamos intrigados, mas eu certamente não diria que estamos convencidos neste estágio.”