Como uma Transição de Fase deu Origem ao Nosso Universo?

A inflação cósmica esticou o universo microscópico inicial até um tamanho macroscópico e transformou a energia cósmica em matéria. No entanto, provavelmente criou uma quantidade igual de matéria e antimatéria, prevendo a completa aniquilação do nosso universo. Os autores discutem a possibilidade de que uma transição de fase após a inflação levasse a um pequeno desequilíbrio entre a quantidade de matéria e a antimatéria, para que alguma matéria pudesse sobreviver a uma aniquilação quase completa. É provável que essa transição de fase leve a uma rede de objetos semelhantes a "elásticos", chamados cordas cósmicas, que produziriam ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais. Essas ondas de propagação puderam atravessar o universo quente e denso e chegar até nós hoje, 13,8 bilhões de anos após a transição de fase. Tais ondas gravitacionais provavelmente podem ser descobertas por experimentos atuais e futuros.

Ondas do espaço-tempo recentemente descobertas, chamadas ondas gravitacionais, podem conter evidências para provar a teoria de que o universo como vemos hoje sobreviveu ao Big Bang por causa de uma transição de fase que permitiu que as partículas de neutrinos reorganizassem a matéria e a antimatéria, explica um novo estudo de uma equipe internacional de pesquisadores.
Como fomos salvos de uma aniquilação completa não é uma questão de ficção científica ou de um filme de Hollywood. De acordo com a teoria da cosmologia moderna do Big Bang, a matéria foi criada com uma quantidade igual de anti-matéria. Se tivesse permanecido assim, a matéria e a antimatéria acabariam por se encontrar e aniquilar de um para um, levando a uma completa aniquilação.
Mas nossa existência contradiz essa teoria. Para superar uma aniquilação completa, o Universo deve ter transformado uma pequena quantidade de anti-matéria em matéria, criando um desequilíbrio entre eles. O desequilíbrio necessário é apenas uma parte em um bilhão. Mas permaneceu um mistério completo quando e como o desequilíbrio foi criado.
Como matéria e antimatéria têm cargas elétricas opostas, elas não podem se transformar, a menos que sejam neutras em termos elétricos. Os neutrinos são as únicas partículas elétricas de matéria neutra que conhecemos e são os candidatos mais fortes a fazer esse trabalho. Uma teoria que muitos pesquisadores apoiam é que o Universo passou por uma transição de fase para que os neutrinos pudessem reorganizar a matéria e a antimatéria.
"Uma transição de fase é como ferver água convertendo-a em vapor ou resfriar água em gelo. O comportamento da matéria muda em temperaturas específicas chamadas temperatura crítica. Quando um determinado metal é resfriado a uma temperatura baixa, perde completamente a resistência elétrica por uma transição de fase, tornando-se um supercondutor. É a base da ressonância magnética (RM) ou tecnologia maglev (transporte de levitação magnética) que faz um trem levitar sobre trilhos, alcançando a velocidade de 480 quilômetros por hora ou mais. Assim como um supercondutor, a transição de fase no início do Universo pode ter criado um tubo muito fino de campos magnéticos chamados de cordas cósmicas'', explica o co-autor do artigo Hitoshi Murayama.
Murayama e Dor, pós-doutorado na Universidade da Califórnia, fazem parte de uma equipe de pesquisadores do Japão, EUA e Canadá que acreditam que as cordas cósmicas levam a pequenas oscilações do espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais. Isso pode ser detectado por futuros observatórios espaciais, como LISA, BBO (Agência Espacial Europeia) ou DECIGO (Agência Japonesa de Exploração Astronáutica) para quase todas as temperaturas críticas possíveis.
"A recente descoberta de ondas gravitacionais abre uma nova oportunidade para olhar mais para trás, uma vez que o Universo é transparente à gravidade desde o início. Quando o Universo era de um trilhão a quatrilhões de vezes mais quente que o Universo hoje, é provável que os neutrinos tenham se comportado da maneira que esperamos para garantir nossa sobrevivência. Demonstramos que eles provavelmente também deixaram para trás um fundo de ondulações gravitacionais detectáveis ​​para nos informar", diz o co-autor do artigo, Graham White, pós-doutorado no TRIUMF.
"Cordas cósmicas costumavam ser populares como uma maneira de criar pequenas variações nas densidades de massa que eventualmente se tornaram estrelas e galáxias, embora recentes observações da radiação cósmica de fundo tenham descartado-a como fonte primária para as perturbações da densidade primordial. Agora, com nosso trabalho, a ideia volta por um motivo diferente", diz Takashi Hiramatsu, pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Pesquisa em Raios Cósmicos da Universidade de Tóquio, que administra os experimentos KAGRA e Hyper-Kamiokande do detector de ondas gravitacionais do Japão.
"As ondas gravitacionais das cordas cósmicas têm um espectro muito diferente das fontes astrofísicas, como a fusão de buracos negros. É bastante plausível que estejamos completamente convencidos de que a fonte é realmente cordas cósmicas",  diz Kazunori Kohri, professor associado do Centro de Teoria da Organização de Pesquisa em Aceleradores de Alta Energia no Japão.

Fonte: Space Daily