Novo cálculo esclarece a proporção de matéria para antimatéria

antimatéria

Supercomputador Cori no Centro Nacional de Pesquisa de Energia dos EUA (NERSC) no qual os cálculos foram realizados

Cientistas da colaboração internacional RBC-UKQCD, usando os supercomputadores mais poderosos do mundo, calcularam a probabilidade de dois caminhos de decaimento para kaons. Até o momento, esta é a previsão teórica mais precisa da probabilidade de formação de matéria e antimatéria em experimentos. Os resultados do estudo foram publicados na revista Physical Review D.
Em 1980, dois cientistas americanos, James Cronin e Val Fitch, receberam o Prêmio Nobel de Física, que em 1963, em experimentos com o síncrotron AGS no Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos Estados Unidos, descobriram um fenômeno conhecido como violação de CP. Grosso modo, eles provaram que o Universo é assimétrico em matéria e antimatéria.
Enquanto estudavam a decomposição de partículas subatômicas chamadas kaons, ou mésons K, eles primeiro notaram uma ligeira diferença no comportamento da matéria e da antimatéria. Partículas e antipartículas interagiram de maneira diferente de acordo com a conjugação de carga C e a simetria da paridade P.
Não foi possível naquele momento entender como a violação de CP observada em decaimentos Kaon estava de acordo com o Modelo Padrão devido à complexidade dos cálculos exigidos. Cientistas da colaboração científica RBC-UKQCD usaram os mais modernos supercomputadores para resolver este problema.
A primeira parte do trabalho - criar imagens dos campos mais prováveis ​​de quark e glúon - foi realizada em supercomputadores localizados nos EUA , Japão e Reino Unido . A segunda e mais difícil etapa no cálculo das amplitudes reais da decadência do Kaon foi realizada no National Energy Research Computing Center (NERSC) do Lawrence National Laboratory do Departamento de Energia dos EUA em Berkeley.
O novo cálculo é significativamente mais preciso do que o resultado anterior do grupo, publicado em 2015. Com base no modelo padrão, ele fornece uma faixa de valores para a quebra direta do CP em decaimentos de Kaon em um par de píons eletricamente carregados em comparação com um par de píons neutros, o que é consistente com os dados experimentais.
De acordo com os autores, agora podemos definitivamente dizer que a violação de CP observada é explicada pelo Modelo Padrão, embora haja sempre a possibilidade de melhorar ainda mais a qualidade dos cálculos, levando em consideração quaisquer fontes de assimetria matéria / antimatéria que serão identificadas no futuro, incluindo aquelas que estão fora do modelo atual.
Ao mesmo tempo, os pesquisadores admitem que suas descobertas não são suficientes para substanciar um desequilíbrio fundamental entre matéria e antimatéria no mundo observado. Explicar esse desequilíbrio é uma das tarefas mais importantes da física teórica e experimental, dizem os cientistas.
"A necessidade de distinguir entre matéria e antimatéria está embutida na teoria moderna do cosmos", um dos autores do estudo, Norman Christ da Universidade de Columbia , citou um comunicado à imprensa do Laboratório Nacional de Brookhaven . "Nosso entendimento atual é que o universo atual foi criado com quase a quantidade de matéria e antimatéria. Exceto pelos pequenos efeitos estudados aqui, matéria e antimatéria devem ser idênticas em todos os sentidos. Quaisquer diferenças de matéria e antimatéria que foram observadas até agora são muito fracas para explicar o domínio da matéria no universo. "
Se forem encontradas inconsistências significativas entre a observação experimental e as previsões baseadas no Modelo Padrão, isso pode apontar o caminho para novos mecanismos de interação de partículas que estão fora dos limites da física tradicional, dizem os cientistas. Mas até agora isso não aconteceu.
A colaboração internacional RBC-UKQCD reúne físicos teóricos do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA e do Centro de Pesquisa RIKEN-BNL, bem como cientistas do CERN (Laboratório Europeu de Física de Partículas), Universidade de Columbia, Universidade de ConnecticutInstituto de Tecnologia de Massachusetts, Universidade de Regensburg na Alemanha, Universidades de Edimburgo e Southampton no Reino Unido.
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