Capítulo XIX

 

ANIQUILAÇÃO MATÉRIA ANTI-MATÉRIA

 

“ Os Homens discutem, a Natureza age.”

- Voltaire -

 

 

     Outra questão complicada que se coloca na Cosmologia é um velho problema  da  Física  tão  fascinante  e  enigmático  quanto  a  dualidade onda-

-partícula.

     A evocação é a seguinte: Sabemos hoje que o Universo é constituído quase exclusivamente por matéria, mas deduzimos que nem sempre foi assim. No seu passado remoto, o Universo continha quase tanta matéria como antimatéria. A antimatéria possui propriedades simétricas da matéria, se por acaso duas partículas deste género se encontrarem anulam-se mutuamente. E como resultado da sua colisão e aniquilação assiste-se ao aparecimento de uma enorme quantidade de energia.

     A anti-matéria foi postulada por Paul Dirac como resultado de uma equação por ele formulada, a equação de Dirac. Esta equação visava unificar a equação de Schrödinger com a relatividade restrita, descrevendo tanto as propriedades quânticas das partículas como também as suas propriedades relativistas. A equação de Dirac, de facto, resolveu o problema, ou quase, mas apresentou-nos uma novidade.

     Inesperadamente, das soluções da sua equação surgem outras partículas diferentes das conhecidas, mas não tão diferentes quanto isso, as suas propriedades eram exactamente simétricas. Isto significa que, por cada tipo de partícula existe uma anti-partícula de igual massa mas com sinal de carga  oposto.  Daí  resulta  que,  por  exemplo, o electrão  tem  uma anti-partícula designada por positrão de igual massa mas carregado positivamente!

     A antimatéria foi revelada pela equação de Dirac:

 

μ ( i _d_ – eАμ ) - me ] Ψ ( xν) = 0

                                                                  dxμ

 

     A existência desta antimatéria já foi verificada experimentalmente em aceleradores de partículas. As nossas antipartículas realmente existem mas ainda bem que elas não andam por aí à solta!   

    A teoria quântica de campo explora a simetria das partículas. Prevê que, no início do Universo, e considerando a equação de Dirac, deveria existir o mesmo número de partículas como de antí-partículas. Deduzem que a antimatéria terá evoluído conjuntamente com a própria matéria. No entanto, a matéria prevaleceu sobre a anti-matéria.

     Se existisse tanta matéria como antimatéria no início do Universo, a situação seria verdadeiramente catastrófica. Toda a matéria e antimatéria interagiriam entre si e desapareceriam, aniquilando-se uma à outra, deixando atrás de si um rasto de energia e radiação e nada de matéria.

     Então, porquê que há matéria em vez de nada?!

     Colocando assim a questão … realmente é muito difícil de responder e encontrar uma solução … muito difícil.

     Ninguém conseguiu ainda imaginar um processo que possa ter separado a matéria da antimatéria ou um processo que possa ter compensado o aumento da matéria em detrimento da antimatéria.

     Fala-se em ligeiras flutuações, dissimetrias, excedentes mínimos, probabilidades ínfimas, processos que envolvem diferentes velocidades de reacção para a matéria em relação à antimatéria, ou ainda que o Universo ainda possua esta antimatéria escondida algures nos confins do Universo, de forma que a quantidade de matéria e antimatéria ainda estarão, actualmente, uniformemente equilibradas! … Parece realmente um problema altamente complexo.

     A matéria domina a antimatéria mas porquê?

     Procura-se exaustivamente soluções pelo facto de não se detectar actualmente a existência de toda essa antimatéria!

     Este problema transporta-nos para o início do Cosmos, para um período em que se designou por Era Hadrónica.

     Deduz-se que este nosso Universo, com apenas  10-7 segundos de idade, já era composto por  um conjunto de partículas pesadas ou hadrões. Dado as temperaturas extremamente elevadas que se considera existirem nessa altura, estes hadrões desintegrar-se-iam nas suas partículas fundamentais constituintes, os quarks. De modo que, o universo primordial seria preenchido por um plasma de quarks, gluões e fotões altamente energéticos. A passagem destes fotões altamente energéticos conduziria à criação de antimatéria.

     Actualmente pode-se verificar a criação de antimatéria através de raios cósmicos, produzidos nas reacções nucleares das estrelas. Os raios cósmicos representam radiação de elevada energia, radiação gama, e a antimatéria pode ser criada pela passagem desta radiação no espaço. A passagem desta energia pelo vácuo faz surgir espontaneamente um par de matéria-antimatéria: o par electrão-positrão. Sendo que esta matéria e a sua homónima antimatéria têm um período de vida efémero. A antimatéria não ‘flutua’ pelo espaço, esta desintegra-se numa fracção de segundo.

     Os aceleradores de partículas reproduzem estes acontecimentos através de colisões frontais de partículas que rapidamente são aniquiladas e transformadas em energia pura. Esta radiação altamente energética produz, consecutivamente, matéria e antimatéria

     A teoria da criação do Universo, o Big Bang, acredita que este processo de criação e aniquilação de partículas realmente ocorreu, porém, não explica como é que a matéria conseguiu escapar a esse período de aniquilação precoce. Pois, neste seu passado remoto, muito energético e muito quente o Universo não teria hipótese de escapar a tão devastadora aniquilação!

     Às vezes, quando não se consegue resolver um problema temos ainda um último recurso … pode-se tentar alterar a equação!!

     Se ainda se recordam do modelo que vos apresentei para os tempos primordiais do Universo vimos que, a formação de quarks demorou o seu tempo, a evolução da matéria é gradual, e seguramente o aparecimento dos fotões associados à formação da força electromagnética é ainda muito mais tardio e a formação de átomos ocorreu num período em que as condições de temperatura, energia e radiação eram muito mais baixas, equilibradas e estáveis. Nessas condições ambientais, de equilíbrio térmico, a passagem de fotões altamente energéticos e a colisão entre partículas não acontece com tanta frequência, nem têm energia suficiente para produzir antimatéria.

     No início do Universo não podemos considerar a existência de raios cósmicos, não podemos considerar a existência de radiação gama, nem sequer de radiação electromagnética, e muito menos de fotões e hadrões convenientes…

     Um dos grandes argumentos a favor da existência deste processo de aniquilamento decorre do facto de se detectar na radiação de fundo um excesso de número de fotões em relação ao número de bariões. E pensa-se que a razão deste desequilíbrio entre fotões e matéria são vestígios de um processo de aniquilamento matéria-animatéria que terá ocorrido no passado e deixado um défice de matéria e um mar de fotões.

     Mas mesmo quando se analisa e se considera que a razão entre o número de bariões e o número de fotões presentes no universo primordial é bastante desequilibrada e que a densidade de fotões ultrapassa largamente a densidade de neutrões e de protões; não se pode assumir que a explicação para esse excesso  de  fotões  tenha  tido  origem  no  processo  de  aniquilação  matéria-

-antimatéria, até porque esse excesso é insuficiente e mínimo.

     Esse excesso de fotões decorre de um período posterior e advém da primeira forma de produção de radiação luminosa num Universo ainda bastante jovem e absorvido por elevadas energias. Neste universo primordial há que considerar e relembrar que a intensidade das forças da Natureza é variável e, particularmente, a intensidade da força de radiação electromagnética é bastante superior, como tal, a produção de fotões será, efectivamente, bastante elevada nesta altura.

     Este excesso de fotões terá tido origem, não num processo de aniquilamento, mas antes num processo de criação, produzido por objectos capazes de emitir grandes quantidades de luz … os Quasares!

     Assim sendo, o que temos em mãos não é propriamente um problema mas antes, um problema na formulação do problema, porque:

     A criação de pares electrão-positrão nunca ocorreu!

     A aniquilação da matéria e antimatéria nunca teve lugar!

     O Período Hadrónico nunca existiu!

     A Radiação Primordial, associada ao momento de criação, não está de modo algum relacionada com a Radiação Electromagnética.

     Esta Primitiva Radiação também não está de forma alguma associada a uma espécie de combinação de forças ou de uma Força Unificada.

      Esta Radiação Singular, presente no início do Cosmos está associada a uma outra Força Exótica … em breve veremos qual a origem e características desta Quinta Essência.