A medida mais precisa e acurada sobre antimatéria acaba de ser publicada em artigo da Colaboração ALPHA do CERN na revista Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-018-0017-2). A medida da frequência na transição 1S-2S em antihidrogênio, num salto da camada “K” para a camada “L”, excitada por um laser ultrapreciso referenciado ao relógio atômico foi realizada com acurácia de 2 partes por trilhão. Essa medida com 12 algarismos significativos adentra um regime inexplorado na comparação entre matéria e antimatéria, onde surpresas podem se revelar. À partir dessa precisão, possíveis discrepâncias entre matéria e antimatéria não contrariaram experimentos prévios que chegaram a 11 algarismos e níveis maiores de energia. Uma possível assimetria entre matéria e antimatéria daria luz na explicação de um dos maiores mistérios da física: porque o Universo contém somente material primordial e não antimatéria ou igual quantidades de ambas. A comparação entre matéria e antimatéria testa a simetria fundamental da física de Carga-Paridade-Tempo (CPT) que é base do Modelo Padrão da Física, o contexto onde são organizadas as partículas fundamentais e suas interações.

O feito é a coroação de 20 anos de trabalho, começando na colaboração ATHENA que produziu os primeiros anti-átomos de hidrogênio, seguindo na colaboração ALPHA onde foi realizado o primeiro aprisionamento e a primeira excitação a laser do antihidrogênio publicado na Nature em 2017.  Esses experimentos baseados na espectroscopia a laser contaram com a participação e know-how fundamental do grupo brasileiro no ALPHA. O prof. Cláudio Lenz Cesar realizou essas medidas há 20 anos com hidrogênio aprisionado no MIT. Uma série de conhecimentos muito técnicos e específicos como servo-sistemas e tratamento fotoquímico dos espelhos, que foi fundamental para os resultados de 2017, quanto detalhes da teoria da forma da linha espectral foram trazidos a esse experimento. Para os recentes resultados, a cavidade ótica criogênica – essencial para aumentar a potência do laser para excitação dos átomos – foi totalmente desenvolvida pelo grupo brasileiro. Trata-se de uma contribuição fundamental sem a qual essa medida não poderia ter sido realizada em 2017. O grupo de brasileiros no ALPHA se constitui dos Profs. Cláudio Lenz Cesar, Daniel de Miranda Silveira e Rodrigo Lage Sacramento, e Bruno Ximenez Alvez que está finalizando seu doutorado no experimento ALPHA e operou o experimento e sistema de laser para essas medidas. Daniel Silveira foi coordenador de algumas rodadas experimentais para esse dados, e Rodrigo Sacramento foi – durante parte de seu doutorado sandwiche – responsável pelo comissionamento do equipamento principal do experimento: o criostato e armadilha magnética do ALPHA. No desenvolvimento da cavidade ótica criogênica, publicada no jornal Review of Scientic Instruments, o pesquisador do INMETRO Álvaro Nunes de Oliveira e os alunos de graduação Lucas da Silva Moreira da UFRJ e  Lawson Kosulic do MIT,  bem como os Profs. Wania Wolff e Victor Brasil foram fundamentais.

Esse feito histórico representa um excelente exemplo de pesquisas em Física Fundamental na área de Altas Energias em colaboração científica internacional com componente de tecnologia desenvolvida no Brasil. Esse grupo brasileiro tem tido apoio parcial de instituições como CNPq, FAPERJ, FINEP e da Rede Nacional de Física de Altas Energias. Esse experimento foi realizado no Desacelerador de Antiprotons (AD) no CERN, onde todos os outros grupos competidores também se concentram, pois é a única infraestrutura no mundo capaz e dedicada a esse tipo de pesquisa. O grupo brasileiro busca agora recursos para instalar no CERN a técnica “MISu” desenvolvida na UFRJ para poder aprisionar hidrogênio na mesma armadilha do antihidrogênio, o que vai possibilitar chegar a comparações de 14, 15 ou 16 algarismos significativos. Será que a natureza vai confirmar essa simetria entre matéria e antimatéria, ou vai nos mostrar uma surpresa abrindo todo um novo leque de fenômenos e teoria física? Será que o relógio de antimatéria faz tic-tac na mesma frequência que o de matéria no campo gravitacional? Será que o anti-átomo cai sob ação da gravidade com a mesma aceleração que o átomo? São perguntas fundamentais que agora podem ser respondidas com altíssima precisão, no caso da espectroscopia a laser, e precisão incremental no caso da medida balística da aceleração de gravidade!

Link para PodCast: http://multimidia.ufrgs.br/conteudo/frontdaciencia/Fronteiras_da_Ciencia-T09E05-Antimateria-02.04.2018.mp3