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Moléculas radioativas podem ajudar a resolver o mistério da falta de antimatéria
Estrelas, gala¡xias e tudo no universo, incluindo nossos pra³prios corpos, são compostos da chamada matéria regular. A matéria regular inclui a¡tomos e molanãculas, que são feitos departículas minaºsculas, como elanãtrons, pra³tons e naªutrons.
Por Whitney Clavin - 28/03/2021


Uma representação arta­stica da estrutura do a­on monometoxido de ra¡dio, ou RaOCH3 +, usada no novo estudo. O núcleo de ra¡dio assimanãtrico, ou em forma de paªra, édestacado na parte superior.

Estrelas, gala¡xias e tudo no universo, incluindo nossos pra³prios corpos, são compostos da chamada matéria regular. A matéria regular inclui a¡tomos e molanãculas, que são feitos departículas minaºsculas, como elanãtrons, pra³tons e naªutrons. Essaspartículas dominam nosso universo, superando em muito suas contrapartes menos conhecidas:partículas de antimatéria. Descobertas experimentalmente em 1932 pelo último ganhador do Nobel e professor de longa data do Caltech Carl Anderson (BS '27, PhD '30) , aspartículas de antimatéria tem cargas opostas a s suas contrapartes de matéria. A parta­cula de antimatéria para o elanãtron carregado negativamente, por exemplo, éo pa³sitron carregado positivamente.

Como a matéria passou a ofuscar a antimatéria? Os cientistas acreditam que algo aconteceu no ini­cio da história do nosso cosmos para transformar o equila­brio daspartículas em matéria, fazendo com que a antimatéria desaparecesse em grande parte. Como isso ocorreu ainda éum mistanãrio.

Em um novo estudo na revista Physical Review Letters , Nick Hutzler (BS '07), professor assistente de física na Caltech, e seu aluno Phelan Yu, propaµem uma nova ferramenta baseada em mesa para buscar respostas para o enigma da antimatéria. Como outros fa­sicos que estudam o problema, a ideia principal dos pesquisadores éprocurar assimetrias na forma como a matéria regular interage com os campos eletromagnanãticos. Isso estãorelacionado a um tipo de simetria comumente vista empartículas chamada paridade de carga, ou CP. Quaisquer desvios da simetria esperada do CP podem explicar como a matéria acabou superando a antimatéria em nosso universo.

Hutzler e seus colegas teoricamente desenvolveram uma nova maneira de sondar essas violações de simetria usando uma molanãcula radioativa chamada a­on monometoxido de ra¡dio, ou RaOCH3 +. Seus parceiros na UC Santa Barbara, liderados por Andrew Jayich, criaram essas moléculas pela primeira vez e publicaram os resultados em um artigo complementar na Physical Review Letters .

Os estudos conjuntos demonstram que as moléculas radioativas tem o potencial de serem sondas ainda mais sensa­veis de simetrias departículas fundamentais do que os a¡tomos não radioativos comumente usados ​​hoje.

“O manãtodo mais moderno para esse tipo de estudo usa a¡tomos”, explica Hutzler. "Mas as moléculas podem ser sondas ainda melhores porque tem uma assimetria incorporada. Elas são irregulares e tortas para comea§ar. O núcleo do ra¡dio éainda mais irregular, pois tem uma distribuição de carga muito desigual, e isso também ajuda. O resultado é100.000 para 1.000.000 de amplificação maior de violações de simetria, se houver, em comparação com o que tem sido o estado da arte. "

Para procurar violações de simetria empartículas, os pesquisadores geralmente observam como aspartículas se comportam em campos elanãtricos. Eles procuram comportamentos anormais que quebram as regras de simetria conhecidas; por exemplo, os fa­sicos previram que as violações da simetria podem causar uma precessão de um elanãtron ou oscilar como um pia£o em um campo elanãtrico. As moléculas possuem campos eletromagnanãticos em seu interior, devido a  sua natureza assimanãtrica, por isso são alvos ideais para esse tipo de trabalho.

Hutzler diz que já havia pensado em usar moléculas a  base de ra¡dio para essa finalidade, atémesmo se autodenominado "fanboy de ra¡dio", mas explicou que o isãotopo de que eles precisam éextremamente radioativo, com meia-vida de duas semanas (metade de um pedaço de ra¡dio ira¡ decair em outros núcleos em apenas duas semanas).

“Esse isãotopo de ra¡dio émuito radioativo e muito escasso, o que dificulta o trabalho com ele”, explica Hutzler. "Mas as propriedades únicas da molanãcula RaOCH3 + superam muitos desses desafios e, quando combinadas com a técnica experimental demonstrada na Universidade da Califórnia em Santa Ba¡rbara, permitira£o que manãtodos qua¢nticos modernos e altamente sensa­veis procurem por essas violações de simetria."

O novo manãtodo de mesa écomplementar a outras técnicas que buscam pistas para o mistério da antimatéria, incluindo experimentos relacionados realizados no laboratório Hutzler, bem como o Momento de Dipolo Elanãtrico de naªutrons, ou experimento nEDM , que estãosendo construa­do em parte na Caltech por Brad Filippone , o Professor de Fa­sica Francis L. Moseley e sua equipe. Na verdade, Hutzler trabalhou com Filippone neste experimento como um estudante de graduação na Caltech. O experimento nEDM, que ocorrera¡ no Laborata³rio Nacional de Oak Ridge em cerca de cinco anos, procurara¡ violações de simetria de CP especificamente em naªutrons.

"Esta nova abordagem não étão limpa e direta como o nEDM, mas usando uma molanãcula inteira, temos a vantagem de ser capaz de detectar violações de simetria em uma gama departículas", diz Hutzler.

A abordagem da molanãcula radioativa pode levar mais anos para se desenvolver completamente, mas Hutzler diz que tem gostado de enfocar o aspecto tea³rico do trabalho.

“Estamos comea§ando a nos envolver mais na teoria, em parte devido a  pandemia e por ter mais tempo em casa”, diz ele. "Provavelmente não tera­amos feito esse trabalho tea³rico de outra forma."

O estudo, intitulado " Sondando Simetrias Fundamentais de Naºcleos Deformados em Moléculas Superiores Simanãtricas ", foi financiado pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, Fundação Gordon e Betty Moore e Fundação Alfred P. Sloan.

Um resumo mais detalhado da pesquisa pode ser encontrado no site da American Physical Society.

 

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