Em um universo gêmeo ao nosso o tempo corre no sentido contrário

Uma nova teoria maluca sugere que pode haver outro “anti-universo”, retrocedendo no tempo antes do Big Bang. A ideia pressupõe que o universo primitivo era pequeno, quente e denso – e tão uniforme que o tempo parece simétrico indo para trás e para frente.

Se for real, a nova teoria significa que a matéria escura não é tão misteriosa; é apenas um novo tipo de uma partícula fantasmagórica chamada neutrino que só pode existir neste tipo de universo. E a teoria implica que não haveria necessidade de um período de “inflação” que expandisse rapidamente o tamanho do jovem cosmos logo após o Big Bang.

Se for verdade, então experimentos futuros para caçar ondas gravitacionais, ou para determinar a massa de neutrinos, poderiam responder de uma vez por todas se esse anti-universo espelho existe.

Preservando a simetria

Os físicos identificaram um conjunto de simetrias fundamentais na natureza. As três simetrias mais importantes são: carga (se você inverter as cargas de todas as partículas envolvidas em uma interação para suas cargas opostas, obterá a mesma interação); paridade (se você olhar para a imagem espelhada de uma interação, obterá o mesmo resultado); e tempo (se você executar uma interação para trás no tempo, a aparência será a mesma).

As interações físicas obedecem a maioria dessas simetrias na maioria das vezes, o que significa que às vezes há violações. Mas os físicos nunca observaram uma violação de uma combinação de todas as três simetrias ao mesmo tempo. Se você pegar cada interação observada na natureza e inverter as cargas, pegar a imagem espelhada e executá-la de volta no tempo, essas interações se comportam exatamente da mesma forma.

Essa simetria fundamental recebe um nome: simetria CPT, para carga (C), paridade (P) e tempo (T).

Em um novo artigo — recentemente aceito para publicação na revista Annals of Physics — os cientistas propõem estender essa simetria combinada. Normalmente, essa simetria se aplica apenas às interações; as forças e os campos que compõem a física do cosmos. Mas talvez, se esta é uma simetria tão incrivelmente importante, ela se aplica a todo o próprio universo. Em outras palavras, essa ideia estende essa simetria de aplicar apenas aos “atores” do universo (forças e campos) ao próprio “estágio”, todo o objeto físico do universo.

Criando matéria escura

Vivemos em um universo em expansão. Este universo está cheio de muitas partículas fazendo muitas coisas interessantes, e a evolução do universo avança no tempo. Se estendermos o conceito de simetria CPT a todo o nosso cosmos, nossa visão do universo não poderá ser a imagem completa.

Em vez disso, deve haver mais. Para preservar a simetria CPT em todo o cosmos, deve haver um cosmos espelhado que equilibre o nosso. Este cosmos teria todas as cargas opostas às nossas, seria invertido no espelho e retrocederia no tempo. Nosso universo é apenas um de um gêmeo. Tomados em conjunto, os dois universos obedecem à simetria CPT.

Os pesquisadores do estudo perguntaram em seguida quais seriam as consequências de tal universo. Eles encontraram muitas coisas maravilhosas.

Por um lado, um universo que respeita o CPT naturalmente se expande e se enche de partículas, sem a necessidade de um longo período teorizado de rápida expansão conhecido como inflação. Embora haja muitas evidências de que um evento como a inflação ocorreu, o quadro teórico desse evento é incrivelmente confuso. É tão difuso que há muito espaço para propostas de alternativas viáveis.

Em segundo lugar, um universo que respeite o CPT adicionaria alguns neutrinos adicionais à mistura. Existem três tipos de neutrinos conhecidos: o elétron-neutrino, o múon-neutrino e o tau-neutrino. Estranhamente, todos esses três tipos de neutrinos são canhotos (referindo-se à direção de sua rotação em relação ao seu movimento). Todas as outras partículas conhecidas pela física têm variedades destras e canhotas, então os físicos há muito se perguntam se existem neutrinos destros adicionais.

Um universo que respeitasse a CPT exigiria a existência de pelo menos uma espécie de neutrino destro. Esta espécie seria em grande parte invisível para experimentos físicos, apenas influenciando o resto do universo através da gravidade.

Mas uma partícula invisível que inunda o universo e só interage por meio da gravidade parece a descrição da matéria escura.

Os pesquisadores descobriram que as condições impostas pela obediência à simetria CPT encheriam nosso universo com neutrinos destros, o suficiente para explicar a matéria escura.

Previsões no espelho

Nós nunca teríamos acesso ao nosso gêmeo, o universo-espelho CPT, porque ele existe “atrás” do nosso Big Bang, antes do início do nosso cosmos. Mas isso não significa que não podemos testar essa ideia.

Os pesquisadores encontraram algumas consequências observacionais dessa ideia. Por um lado, eles preveem que as três espécies conhecidas de neutrinos canhotos devem ser todas partículas de Majorana, o que significa que elas são suas próprias antipartículas (em contraste com partículas normais como o elétron, que têm partículas secundárias de antimatéria chamadas pósitrons). Agora, os físicos não têm certeza se os neutrinos têm essa propriedade ou não.

Além disso, eles preveem que uma das espécies de neutrinos não deve ter massa. Atualmente, os físicos só podem colocar limites superiores nas massas de neutrinos. Se os físicos puderem medir conclusivamente as massas dos neutrinos, e um deles realmente não tiver massa, isso reforçaria muito a ideia de um universo CPT-simétrico.

Por fim, neste modelo o evento de inflação nunca ocorreu. Em vez disso, o universo se encheu de partículas naturalmente por conta própria. Os físicos acreditam que a inflação abalou o espaço-tempo em um grau tão tremendo que inundou o cosmos com ondas gravitacionais. Muitos experimentos estão em busca dessas ondas gravitacionais primordiais. Mas em um universo simétrico CPT, tais ondas não deveriam existir. Portanto, se essas buscas por ondas gravitacionais primordiais forem vazias, isso pode ser uma pista de que esse modelo de universo-espelho CPT está correto. [Hypescience]