O valor da energia da grande unificação não se conhece muito bem, mas teria provavelmente de ser pelo menos mil milhões de milhões de GeV. Os actuais aceleradores de partículas podem fazer colidir partículas a energias de cerca de algumas centenas de GeV e estão planeadas máquinas que elevarão esta energia a alguns milhares de GeV. Mas uma máquina suficientemente potente para acelerar partículas até à energia da grande unificação teria de ser tão grande como o sistema solar -- e seria pouco provável haver fundos para ela no actual contexto económico. Portanto, é impossível testar directamente em laboratório teorias da grande unificação. No entanto, tal como no caso da teoria da unificação electromagnética e fraca, há consequências a baixas energias que podem ser testadas.
A mais interessante é a predição de que os protões, que constituem grande parte da massa da matéria vulgar, podem decair espontaneamente em partículas mais leves como os positrões. Tal é possível porque na energia da grande unificação não há qualquer diferença essencial entre um quark e um electrão. Os três quarks dentro de um protão não têm normalmente energia suficiente para se transformarem em positrões mas muito ocasionalmente um :, deles pode adquirir energia suficiente para provocar a transição, porque o princípio da incerteza significa que a energia dos quarks dentro do protão não pode ser exactamente fixada. O protão decairia. A probabilidade de um quark adquirir energia suficiente é tão pequena que o mais provável é termos de esperar pelo menos um milhão de milhões de milhões de milhões de milhões de anos (1 seguido de trinta zeros), o que é muito superior ao tempo que passou desde o *bib bang*, que aconteceu mais ou menos há uns meros dez mil milhões de anos (1 seguido de dez zeros). Portanto, poderíamos pensar que a possibilidade de decaimento espontâneo do protão não poderia ser testada através de experiências. Contudo, podemos aumentar as nossas hipóteses de detectar um decaimento observando uma grande porção de matéria que contenha um grande número de protões. (Se, por exemplo, se observar um número de protões igual a 1 seguido de trinta e um zeros, durante o período de um ano, será de esperar, segundo a mais simples GUT, poder observar-se mais do que o decaimento de um protão).
Várias experiências deste género têm sido feitas, mas nenhuma forneceu ainda provas convincentes do decaimento de protões ou neutrões. Uma experiência com oito mil toneladas de água foi realizada na Mina de Sal Morton, no Ohio (para evitar que acontecessem outros fenómenos causados por raios cósmicos, que podiam ser confundidos com o decaimento dos protões). Uma vez que não foi observado qualquer decaimento espontâneo durante a experiência, podemos calcular que a vida provável do protão deve ser maior que dez milhões de milhões de milhões de milhões de milhões de anos (1 seguido de trinta e um zeros). Este número é superior ao tempo de vida previsto pela teoria da grande unificação mais simples, mas existem teorias mais elaboradas, nas quais os tempos de vida previstos são mais longos. Serão precisas experiências ainda :, mais sensíveis, com quantidades ainda maiores de matéria para as testar.
Embora seja muito difícil observar o decaimento espontâneo do protão, pode ser que a nossa própria existência seja uma consequência do processo contrário, a produção de protões, ou mais simplesmente de quarks a partir de uma situação inicial em que não havia mais quarks do que antiquarks que é a maneira mais natural de imaginar o começo do Universo. A matéria na Terra é constituída principalmente por protões e neutrões, que, por seu turno, são constituídos por quarks. Não há antiprotões, nem antineutrões, constituídos a partir de antiquarks, excepto aqueles que são produzidos pelos físicos em grandes aceleradores de partículas. Temos provas, a partir de raios cósmicos, de que o mesmo se passa com a matéria da Galáxia: não estão presentes antiprotões ou antineutrões, para além de um pequeno número de pares de partícula/antipartícula obtidos em colisões de alta energia. Se houvesse grandes regiões de antimatéria na Galáxia, esperaríamos ver grandes quantidades de radiação provenientes do contacto entre as regiões de matéria e antimatéria, onde muitas partículas estariam a colidir com as suas antipartículas, aniquilando-se mutuamente e emitindo radiação de alta energia.
Não temos qualquer prova directa sobre se a matéria nas outras galáxias é constituída por protões e neutrões ou antiprotões e antineutrões, mas tem de ser uma coisa ou outra: não pode haver uma mistura numa única galáxia porque nesse caso observaríamos uma grande quantidade de radiação proveniente de aniquilações. Além disso, cremos que todas as galáxias são compostas de quarks e não de antiquarks; não parece plausível que algumas galáxias sejam de matéria e outras de antimatéria.
Por que haverá mais quarks que antiquarks? Por que não há um número igual de cada? É certamente uma sorte :, para nós os números não serem iguais porque, se fossem, quase todos os quarks e antiquarks se teriam aniquilado mutuamente no princípio do Universo, deixando-o cheio de radiação mas com muito pouca matéria. Não teria então havido galáxias, estrelas ou planetas onde a vida humana se viesse a desenvolver. Felizmente, as teorias da grande unificacão podem dar uma explicação do motivo pelo qual o Universo deve conter agora mais quarks do que antiquarks, mesmo que tenha começado com um número igual de ambos. Como vimos, as GUTs admitem a mudança de quarks em positrões a altas energias. E também admitem o processo contrário, antiquarks a transformarem-se em electrões, e electrões e positrões a transformarem-se em antiquarks e quarks. Houve um tempo, logo no princípio do Universo, em que havia tanto calor que as energias das partículas seriam suficientemente elevadas para estas transformações ocorrerem. Mas por que havia isso de produzir mais quarks do que antiquarks? A razão está em que as leis da física não são exactamente as mesmas para as partículas e para as antipartículas.
Até 1956, acreditava-se que as leis da física obedeciam a três simetrias separadas, designadas C, P e T. A simetria C significa que as leis são as mesmas para partículas e antipartículas. A simetria P significa que as leis são as mesmas para qualquer situação e a sua imagem num espelho (a imagem num espelho de uma partícula rodando sobre si mesma num sentido é a de uma partícula que gira no outro sentido). A simetria T significa que, se invertermos o sentido do movimento de todas as partículas e antipartículas, o sistema deveria voltar a ser o que era nos seus primórdios; por outras palavras, as leis são as mesmas para diante e para trás no tempo.
Em 1956, dois físicos americanos, Tsung-Dao Lee e Chen Ning Yang, sugeriram que a força fraca não obedece :, à simetria P. Por outras palavras, a força fraca faria com que o universo se desenvolvesse de um modo diferente da sua imagem no espelho. No mesmo ano, uma colega, Chien-Shiung Wu, provou que esta teoria estava correcta. Ela conseguiu-o alinhando núcleos de átomos radioactivos num campo magnético de modo a ficarem todos a girar sobre si mesmos no mesmo sentido, e mostrou que os electrões eram produzidos mais num sentido do que no outro. No ano seguinte, Lee e Yang receberam o prémio Nobel. Descobriu-se também que a força fraca não obedecia à simetria C. Ou seja, originaria um universo composto de antipartículas que se comportaria de maneira diferente da do nosso Universo. Não obstante, parecia que a força fraca obedecia realmente à simetria composta CP. Ou seja, o universo desenvolver-se-ia da mesma maneira que a sua imagem num espelho se, além disso, cada partícula fosse trocada pela sua antipartícula! Contudo, em 1964, mais dois americanos, J. W. Cronin e Val Fitch, descobriram que mesmo a simetria CP não se verificava no decaimento de certas partículas chamadas mesões K. Cronin e Fitch acabaram por receber o prémio Nobel em 1980. (Muitos prémios têm sido concedidos por se mostrar que o Universo não é tão simples como poderia pensar-se! )