Inside Science News Service

7 de outubro de 2008

A COMPREENSÃO DE NOSSO UNIVERSO ASSIMÉTRICO DÁ O PRÊMIO NOBEL DE FÍSICA PARA TRÊS CIENTISTAS

Laureados pesquisaram o motivo da natureza ser assimétrica e por que o universo é principalmente constituído por matéria.

Por Phillip F. Schewe
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O Prêmio Nobel de Física de 2008 foi concedido para Yoichiro Nambu da Universidade de Chicago, Makoto Kobayashi do Laboratório da Organização de Pesquisa do Acelerador de Altas Energias no Japão e Toshihide Maskawa da Universidade de Kyoto por seu trabalho em busca da explicação do motivo pelo qual a natureza é tão intrigantemente irregular. O trabalho ganhador do prêmio enfatiza especialmente a questão de por que parece haver muita matéria no universo, mas tão pouca antimatéria.

O coração do trabalho dos três físicos é o conceito de simetria — uma característica familiar do mundo natural.  O rosto humano é simétrico: o lado esquerdo parece uma imagem no espelho do lado direito. Um floco de neve tem uma simetria sextavada: gire-o um sexto de círculo e ele parecerá o mesmo.

A simetria é importante na natureza, mas a quebra da simetria também. De fato, um dos desdobramentos de significância mais profunda na história do universo envolve uma quebra de simetria. Nós devemos nossa existência à quebra que ocorreu nos instantes que se seguiram ao “Big Bang”. O trabalho dos três físicos japoneses (Nambu mais tarde se tornou um cidadão americano) explica alguns dos modos mais fundamentais de como se quebra essa simetria.

De acordo com o assim chamado “Modelo Padrão da Cosmologia”, os cientistas suspeitam que, nas frações de segundo iniciais após o “Big Bang”, só havia uma Força Física que governava a matéria. Mais tarde, na medida em que o universo se expandia e se resfriava, e muito antes das primeiras estrelas nascerem, essa Força Unificada se separou em quatro: gravidade, que mantém os planetas em órbita em torno do Sol; a Força Eletromagnética, que mantém os átomos unidos e governa os raios de luz; e as duas misteriosas Forças que atuam dentro do núcleo de cada átomo e regulam, entre outras coisas, como o Sol produz sua energia. O trabalho de Nambu, apresentado no início da década de 1960, forneceu algo da estrutura matemática para compreender como essas forças se desgrudaram umas das outras.

Outras formas de simetria regulam — ou deveriam regular — as interações microscópicas entre as partículas. Por exemplo, os cientistas por muito tempo acreditaram que a natureza não deveria discriminar entre a direita e a esquerda, para cima e para baixo, ou para a frente ou para trás no tempo. Nesses aspectos da realidade, a natureza deveria ser simétrica. Nos assuntos humanos, é claro, isso não é verdade. Todos nós fazemos essas distinções. Mas, no nível fundamental de prótons e elétrons, os cientistas esperavam que a simetria fosse a norma.

A simetria entre direita e esquerda, ou de modo mais abrangente, a idéia que a física em nosso mundo seria a mesma que em um mundo no espelho onde tudo estivesse ao contrário, da esquerda para a direita e de cima para baixo, foi posta à prova nos anos 1950. A maior parte dos cientistas naquela época ficou surpresa em saber que essa simetria de espelho (o termo técnico é “paridade”, ou simplesmente “P”) não era um princípio sagrado, afinal. No decaimento de um tipo particular de núcleo, a natureza parecia diferenciar a esquerda da direita. A simetria de espelho não era, afinal, respeitada pela natureza, enfim.

Os cientistas também sentiam que as leis da física deveriam ser simétricas com respeito a um princípio chamado de simetria de carga, ou, abreviadamente, C. A simetria de carga diz que mesmo que se substitua todas as partículas em uma dada situação por suas contrapartes de antimatéria (digamos, substituir um próton por um antipróton), o resultado continuaria a ser o mesmo. Isto é o que os cientistas esperavam, porém, mais tarde, a proposição da simetria de carga também foi demonstrada como errada.

No início da década de 1970, Kobayashi e Maskawa apresentaram uma explicação de por que as simetrias P e C, juntas, deveriam ser quebradas. E, ao fazerem isso, eles usaram algumas das idéias antigas propostas pelo eminente físico russo e ganhador do Prêmio Nobel da Paz, Andrei Sakharov, para predizer que o pequeno desbalanceio entre as simetrias de espelho e da carga poderiam explicar porque a quantidade de matéria no universo era maior do que a de antimatéria.

Sempre que um próton se encontra com um antipróton acontece uma explosão, propunha Sakharov, uma aniquilação mútua. Se houvesse um bilhão de antiprótons e um bilhão e um prótons, somente esse próton a mais sobreviveria à destruição. Somente esse pequeno excesso de matéria sobre a antimatéria é o que existe atualmente. De forma que se pode dizer que a existência das estrelas comuns, de nosso planeta e de nós próprios, se deve a essa preferência da natureza pela matéria. E isso, por sua vez, depende crucialmente dessa pequena assimetria no coração do universo.

Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.