Os núcleos anti-hélio carregam mensagens das profundezas da galáxia

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Os núcleos anti-hélio carregam mensagens das profundezas
da galáxia
Ilustração de aniquilação de anti-hélio no detector ALICE no CERN, bem como no universo.
Como nascem as galáxias e o que as mantém unidas? Os astrônomos assumem que a matéria escura
desempenha um papel essencial. No entanto, ainda não foi possível provar diretamente que a matéria
escura existe. Uma equipe de pesquisa, incluindo cientistas da Universidade Técnica de Munique (TUM),
mediu pela primeira vez a taxa de sobrevivência de núcleos anti-hélio das profundezas da galáxia – um
pré-requisito necessário para a busca indireta por matéria escura.
Muitas coisas apontam para a existência da matéria escura. A maneira pela qual as galáxias se movem
em aglomerados galácticos, ou quão rápido as estrelas circulam no centro de uma galáxia resulta em
cálculos que indicam que deve haver muito mais massa presente do que o que podemos ver.
Aproximadamente 85% da Via Láctea, por exemplo, consiste em uma substância que não é visível e que
só pode ser detectada com base em seus efeitos gravitacionais. A partir de hoje, ainda não foi possível
provar diretamente a existência deste material.
Vários modelos teóricos da matéria escura preveem que ela pode ser composta de partículas que
interagem fracamente umas com as outras. Isso produz núcleos de anti-helio-3, que consistem em dois
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antiprótons e um antineutron. Esses núcleos também são gerados em colisões de alta energia entre a
radiação cósmica e a matéria comum, como hidrogênio e hélio – no entanto, com energias diferentes
daquelas que seriam esperadas na interação de partículas de matéria escura.
Em ambos os processos, as antipartículas se originam nas profundezas da galáxia, a várias dezenas de
milhares de anos-luz de distância de nós. Depois de sua criação, uma parte deles faz o seu caminho em
nossa direção. Quantas dessas partículas sobrevivem a esta viagem ilesa e atingem a vizinhança da
Terra como mensageiros de seu processo de formação determina a transparência da Via Láctea para
núcleos de anti-hélio. Até agora, os cientistas só conseguiram estimar esse valor. No entanto, uma
melhor aproximação da transparência, uma unidade de medida para o número e as energias dos
antinuclei, será importante para a interpretação de futuras medições de anti-hélio.
Acelerador de partículas LHC como fábrica de antimatéria
Pesquisadores da colaboração ALICE realizaram medições que lhes permitiram determinar a
transparência com mais precisão pela primeira vez. ALICE significa A Large Ion Collider Experiment e é
um dos maiores experimentos do mundo para explorar a física nas menores escalas de comprimento.
ALICE faz parte do Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN.
O LHC pode gerar grandes quantidades de antinucleos leves, como o anti-helium. Para isso, os prótons
e os átomos de chumbo são colocados em rota de colisão. As colisões produzem chuveiros de
partículas que são então registrados pelo detector do experimento ALICE. Graças a vários subsistemas
do detector, os pesquisadores podem então detectar os núcleos de anti-hélio-3 que se formaram e
seguir suas trilhas no material do detector. Isso torna possível quantificar a probabilidade de que um
núcleo de anti-helio-3 interaja com o material do detector e desapareça. Cientistas da TUM e do
Excellence Cluster ORIGINS contribuíram significativamente para a análise dos dados experimentais.
Galáxia transparente para antinuclei
Usando simulações, os pesquisadores conseguiram transferir as descobertas do experimento ALICE
para toda a galáxia. O resultado: cerca de metade dos núcleos de anti-hélio-3 que se esperava que
fossem gerados na interação de partículas de matéria escura chegariam à vizinhança da Terra. A nossa
Via Láctea é, portanto, 50% permeável para estes antinúcleos. Para os antinúcleos gerados em colisões
entre a radiação cósmica e o meio interestelar, a transparência resultante varia de 25% a 90% com o
aumento do impulso do anti-hélio-3. No entanto, esses antinúcleos podem ser distinguidos daqueles
gerados a partir da matéria escura com base em sua energia mais alta.
Isso significa que os núcleos de anti-hélio podem não apenas percorrer longas distâncias na Via Láctea,
mas também servir como informantes importantes em experimentos futuros: Dependendo de quantos
antinúcleos chegam à Terra e com os quais as energias, a origem desses mensageiros bem viajados
pode ser interpretada como raios cósmicos ou matéria escura graças aos novos cálculos.
Referência para futuras medições de antinígenos no espaço
“Este é um excelente exemplo de uma análise interdisciplinar que ilustra como as medições em
aceleradores de partículas podem estar diretamente ligadas ao estudo dos raios cósmicos no espaço”,
diz o cientista do ORIGINS Prof. Laura Fabbietti, da Escola de Ciências Naturais da TUM. Os resultados
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do experimento ALICE no LHC são de grande importância para a busca de antimatéria no espaço com o
módulo AMS-02 (Espectrometer Magnético de Alfa) na Estação Espacial Internacional (ISS). A partir de
2025, o experimento de balão GAPS sobre o Ártico também examinará os raios cósmicos de entrada
para o anti-helium-3.
Mais informações: 
O trabalho sobre a interação anti-helium-3, liderado pelo Prof. - Dr. Dr. (em inglês). Laura Fabbietti,
envolveu grupos de pesquisa liderados pelo Prof. - Dr. Dr. (em inglês). Alejandro Ibarra em TUM e Dr.
Andrew Strong no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. Esta pesquisa foi financiada pelo
Ministério Federal da Educação e Pesquisa, e também pela Deutsche Forschungsgemeeschaft (DFG,
Fundação Alemã de Pesquisa) através do Excellence Cluster ORIGINS, EXC 2094 – 390783311 e do
Centro de Pesquisa Colaborativa SFB1258.