No Big Bang matéria e antimatéria foram criadas na mesma proporção. Nessa época existiam partículas e existiam também suas antipartículas correspondentes, ou seja, para cada quark existia um antiquark, para cada elétron, um pósitron e assim por diante.

Essas partículas interagiam e se aniquilavam liberando energia que depois viria a tornar-se partículas e antipartículas novamente, continuando o ciclo. Hoje cientistas são capazes de estudar essas interações da matéria com a antimatéria graças à radiação cósmica de fundo, que é a energia criada nesse momento e que está presente em todo o universo até hoje. Essa radiação está distribuída quase que homogeneamente em todo o universo e para cara partícula de matéria que existe hoje, existe pelo menos 20 bilhões de fótons que foram criados nos instantes iniciais do universo e que compõe a radiação cósmica de fundo.


O universo, de acordo com a teoria da inflação cósmica, começou a esfriar, pois experimentava um crescimento, em termos de volume, extraordinário. Nesse momento algo interessante aconteceu: uma ínfima porcentagem de matéria sobrevive às aniquilações e a antimatéria é praticamente eliminada do universo. O que houve com a antimatéria? A quantidade de matéria e antimatéria eram as mesmas então porque ambas não foram completamente eliminadas? Ainda não se sabe as respostas para essas perguntas. A assimetria matéria-antimatéria e é um dos maiores problemas teóricos da física moderna.

A história da antimatéria

Em 1905, Albert Einstein propôs a Teoria da Relatividade Especial, trabalho em que aparece a famosa equação E=mc². Onde E representa a energia da partícula, m sua massa e c a velocidade da luz. Porém Einstein não percebeu que sua equação admite soluções negativas, ou seja, a equação pode ser escrita como E=±mc². A solução positiva não cria qualquer dificuldade de interpretação, contudo, a solução negativa sim e os físicos não sabiam o que fazer com ela.

Em 1930, o físico Paul Dirac propôs a interpretação de que a solução negativa poderia corresponder a antipartículas. A equação que Dirac criou, hoje chamada de equação de Dirac, explica o comportamento dos elétrons em termos quânticos e relativísticos porém essa equação, assim como a de Einstein, implicava que o elétron (a matéria no caso da equação de Einstein) podia possuir energia negativa. Após muito relutar, Dirac propôs que a energia negativa que o elétron implicaria na existência de uma antipartícula do elétron, chamada pósitron.

Essa equação proposta por Dirac foi escrita para descrever os elétrons mas servia para descrever qualquer partícula com spin ½. Então, de acordo com a equação, várias outras partículas deveriam apresentar antipartículas. As antipartículas, resultado da equação de Dirac, foram comprovadas experimentalmente alguns anos depois.

Em 1933, Anderson observou pela primeira vez o pósitron. Em 1955 foi a vez de o antipróton ser observado por Chamberlain. Nos anos seguintes mais antipartículas, como o antiquark, seriam observadas, comprovando definitivamente a veracidade da antimatéria, que depois disso tornou-se uma área ativa de pesquisa na física.

Um pouco mais sobre a antimatéria

Assim como o nome sugere, a antimatéria é o oposto da matéria. Antipartículas e partículas possuem a mesma massa mas suas cargas elétricas e suas propriedades de spin são invertidas. Se tivermos, por exemplo, um elétron de massa m e carga -e, um pósitron terá massa m e carga e. Assim como a matéria, a antimatéria também é capaz de formar átomos se suas antipartículas estiverem emparelhadas. Os átomos formados por antipartículas são chamados de antiátomos. Um átomo de hidrogênio formado por antipartículas é chamado de anti-hidrogênio ou antiátomos de hidrogênio.

Atualmente os cientistas são capazes de produzir antimatéria nos chamados aceleradores de partículas, como o famoso LHC. Nessas máquinas de incrível complexidade, feixes de partículas e/ou antipartículas são lançados em anéis circulares ou retilíneos e são colididos com outros feixes. Essas colisões, quando feitas com energia suficiente, recriam as condições do universo no Big Bang. Com isso os cientistas são capazes de produzir antimatéria e mais recentemente, captura-la e armazena-la por alguns minutos.

O armazenamento da antimatéria é feito com uma técnica chamada penning trap, que consiste em criar campos eletromagnéticos para suspender a antimatéria em uma câmara de vácuo. Isso é necessário porque a interação da matéria e antimatéria resulta em uma liberação de energia surpreendente, o que danificaria os equipamentos.