Como a 'morte' de uma minúscula partícula pode acabar com o Universo?

Ninguém observou qualquer evidência de decaimento de prótons. Isso pode ser decepcionante para os físicos, mas é uma boa notícia para o universo. Se este fato se revelar possível, o decaimento de prótons (processo ainda hipotético por meio do qual um próton decai para partículas menores, como o píon e o pósitron) poderia ser o começo do fim de tudo. Como o decaimento de prótons pode levar ao fim do universo? Nós começamos com o que há nesses prótons. Dentro dos prótons existem os quarks. Quarks são uma das duas partículas mais básicas que nós podemos encontrar.

Os quarks estão sujeitos à chamada “força forte”, a força que mantém um núcleo inteiro. Cada quark recebeu o número bariônico de um terço. Números bariônicos são números quânticos invariantes, definidos como um terço do número de quarks menos o número de antiquarks dentro de um sistema. Os bariônicos mais famosos são prótons e nêutrons que possuem três quarks cada, somando um número bariônico igual a um. Outros bárions famosos são os antiprótons, que possuem um número bariônico negativo. Então se um próton e um antipróton forem criados simultaneamente, o número bariônico total do sistema é zero. Devido ao fato das cargas dos quarks em prótons e nêutrons serem um pouco diferentes, as duas partículas têm cargas diferentes.

 Elas também têm massas infimamente diferentes. O nêutron é um pouto mais pesado, o que significa que ele pode ser envolvido na mudança que envolve o outro pedaço de matéria fundamental no universo. Léptons são separados dos quarks. Eles são coisas como os elétrons, o neutrino e suas contrapartes (antineutrinos e antielétrons). Nenhum deles é afetado pela “força forte”. Eles têm números leptônicos e suas anticontrapartes têm números leptônicos negativos. Os números leptônicos e bariônicos parecem carecer de significado, até você saber que nenhuma reação no universo que mudasse o número bariônico ou leptônico foi observada. Isso leva às leis de conservação do número bariônico e do número leptônico.

Pense nelas como você pensaria na lei de conservação de massa ou de energia. Uma mudança repentina no número leptônico seria como uma maçã desaparecendo ou um pico de energia vindo do nada. E é por isso que os cientistas estavam tão intrigados, a princípio, pela interação de léptons e quarks no decaimento do nêutron. Quando um nêutron decai, ele se transforma em próton e libera um elétron. Como um próton é positivo e um elétron é negativo, a carga foi conservada, mas pareceu aos cientistas que o número leptônico mudou completamente. Mais tarde, eles perceberam que este decaimento envolveu a emissão de um antineutrino (especificamente, um neutrino antielétron, que é um neutrino associado a interações com elétrons).

Como o elétron tinha um número leptônico de +1 e o neutrino antielétron tinha um número de -1, o número foi conservado, assim como a massa e a carga. O decaimento envolveu totalmente a força fraca, a força envolvida nos decaimentos radioativos, o que significa que a “força forte” não estava ‘brincando’ com os léptons. Prótons são os bárions mais leves. Eles não podem emitir mais nada, a não ser que seus quarks ‘dissolvam’ em partículas menores. Mas isso subtrairia bárions e adicionaria léptons do nada. Foi decidido que isso não poderia acontecer. Aí veio uma pequena coisa chamada Teoria da Grande Unificação. É uma teoria não realizada que sustenta que todas as forças podem alcançar certo nível de equivalência, e pode ser explicada com uma ideia unificável e quantificável.

É bastante agradável esteticamente, mas se as forças forte e fraca são equivalentes, então os léptons e bárions também são. Lembra-se da conservação de massa e de energia? Isso seria como a percepção de Einstein de que E=mc², e massa e energia são equivalentes – que um pode substituir o outro. Repentinamente, uma maçã poderia desaparecer, e um pico repentino de energia poderia aparecer. A matéria poderia ser convertida em energia. Sob a Teoria da Grande Unificação, bárions poderiam ser convertidos em léptons. O número bariônico e o número leptônico não estão mais conservados. Prótons poderiam então ser divididos em pósitrons e píons. Apesar de existir vários mecanismos para um decaimento de próton, cientistas acham que prótons tem uma vida de entre 10²³ a 10³³ anos. O que é uma pena, pois até esse ponto o universo terá vários problemas.

Em 10³³ anos, as estrelas do universo terão recuado uma em relação à outra, até desaparecerem de vista, e terão queimado até escurecerem. A energia é o que organiza os átomos – energia gravitacional que junta às partículas para formar estrelas e planetas. Nesse momento, os picos mais intensos de energia serão os pedaços de matéria caindo em buracos negros. Esse pode ser o único jeito de espremer energia do universo. E não vai funcionar, porque a própria matéria simplesmente se dissolverá. Uma vez que os bárions tenham se transformado em léptons, não há meio de trazê-los de volta sem a ajuda de muita energia. O decaimento de prótons significa que qualquer civilização – e qualquer matéria – que o faça irá literalmente se dissolver, já que até o hidrogênio se dissolve em partículas menores.

Fonte: Jornal ciência