Dez coisas que você talvez não sabia sobre antimatéria

Antimatéria tem alimentado muitos contos sobrenaturais. Ela também é fascinante por si só.

Antimatéria é coisa de ficção científica. No livro e filme Anjos e Demônios, o Professor Langdon tenta salvar o Vaticano de uma bomba de antimatéria. A nave do Star Trek, Enterprise, usa propulsão de aniquilação matéria-antimatéria para viajar mais rápido que a luz.

Mas a antimatéria também é a essência da realidade. Partículas de antimatéria são quase idênticas aos seus homólogos de matéria, exceto que eles carregam a carga e a rotação (spin) opostos. Quando antimatéria se encontra com a matéria, elas imediatamente aniquilam-se em energia.

Enquanto bombas antimatéria e naves espaciais movidas a antimatéria são muito forçados, ainda existem muitos fatos sobre antimatéria que agradarão as células do cérebro.

1. antimatéria deveria ter aniquilado toda a matéria do universo depois do big bang.

De acordo com a teoria do big bang, no começo dos tempos, deveria-se ter criado matéria e antimatéria em quantidades iguais. Quando a matéria e antimatéria se encontram, eles aniquilam, deixando apenas a energia para trás. Então, em princípio, nenhum de nós deveríamos existir.

Mas nós estamos aqui. E,  segundo os físicos, no entanto, havia uma partícula de matéria extra para cada bilhão de pares de matéria-antimatéria. Os físicos estão trabalhando para tentar explicar essa assimetria.

 2. antimatéria está perto de você do que você pensa.

Pequenas quantidades de antimatéria constantemente chovem sobre a Terra na forma de raios cósmicos, partículas energéticas do espaço. Estas partículas de antimatéria atingem nossa atmosfera a uma taxa variando de menos de um metro quadrado para mais de 100 pelo medidor quadrado. Os cientistas têm também provas de produção de antimatéria acima das trovoadas.

Mas outras fontes de antimatéria são ainda mais perto de casa. Por exemplo, as bananas produzem antimatéria, liberando um pósitron — o equivalente a anti-matéria do elétron — a cada 75 minutos. Isso ocorre porque as bananas contêm uma pequena quantidade de potássio-40, um isótopo natural do potássio. Como o potássio-40 se decompõe, ele ocasionalmente cospe um pósitron no processo.

Nossos corpos também contêm potássio-40, que significa que pósitrons estão sendo emitidos a partir de você, também. Anti-matéria aniquila-se imediatamente ao entrar em contato com a matéria, então estas partículas de antimatéria tem uma vida muito curta.

3. Os seres humanos criaram apenas uma pequena quantidade de antimatéria.

Aniquilações de Matéria-antimatéria têm o potencial de liberar uma quantidade enorme de energia. Um grama de antimatéria pode produzir uma explosão do tamanho de uma bomba nuclear. No entanto, os seres humanos têm produzido apenas uma minúscula quantidade de antimatéria.

Todos os antiprótons criados no acelerador de partículas do Fermilab Tevatron somaram apenas 15 nanogramas. Aqueles feitos no montante do CERN somam cerca de 1 nanograma. No DESY, na Alemanha, aproximadamente 2 nanogramas de pósitrons foram produzidas até à data.

Se toda a antimatéria já feita por seres humanos fosse aniquilada ao mesmo tempo, a energia produzida não seria suficiente nem para ferver uma xícara de chá.

O problema reside na eficiência e custo de produção e armazenamento de antimatéria. Para fazer 1 grama de antimatéria seria necessários aproximadamente 25 milhões de bilhões quilowatts-hora de energia e custou mais de um milhão de bilhões de dólares.

 

4. não há tal coisa como uma armadilha de antimatéria.

Para estudar a antimatéria, você precisa impedir que ela se aniquile com a matéria. Os cientistas criaram maneiras de fazer isso.

Partículas de antimatéria carregadas, tais como pósitrons e antiprótons, podem ser capturadas em aparelhos chamados Armadilhas de Penning. Estas são comparáveis a pequenos aceleradores. Dentro, uma espiral de partículas em torno de como campos eletromagnéticos evitam colidir com as paredes da armadilha.

Mas as armadilhas de Penning não funcionarão em partículas neutras como anti-hidrogênio. Porque eles não têm nenhuma carga, estas partículas não podem ser confinadas por campos elétricos. Em vez disso, eles são mantidos em armadilhas Ioffe, que trabalham, criando uma região do espaço onde o campo magnético fica maior em todas as direções. A partícula fica presa na área com o campo magnético mais fraco, muito parecido com uma bola de gude rolando em torno do fundo de uma tigela.

Campo magnético da terra também pode atuar como uma espécie de armadilha de antimatéria. Antiprótons foram encontrados nas zonas ao redor da terra chamado cinturão de radiação de Van Allen.

5. a antimatéria pode cair tudo.

Partículas de matéria e antimatéria têm a mesma massa, mas diferem em propriedades tais como a carga elétrica e rotação. O modelo padrão prevê que a gravidade deve ter o mesmo efeito sobre a matéria e antimatéria; no entanto, isso ainda tem que ser visto. Experiências como Égide, ALPHA e GBAR estão fazendo um duro trabalho de tentar descobrir isso.

O efeito da gravidade observado na antimatéria não é tão fácil como ver uma maçã cair de uma árvore. Estas experiências precisam segurar a antimatéria em uma armadilha ou retardá-la refrigerando-a a temperaturas pouco acima de zero absoluto. E como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais, os físicos devem usar partículas de antimatéria neutras nesses experimentos para impedir a interferência, a mais poderosa força elétrica.

6. a antimatéria é estudada em desaceleradores de partículas.

Você já ouviu falar em aceleradores de partículas, mas sabia que também existem desaceleradores de partículas? O CERN abriga uma máquina chamada Antiproton Decelerator, um anel de armazenamento que pode capturar e frear antiprótons para estudar suas propriedades e comportamento.

Em aceleradores de partículas circulares como o Grande Colisor de Hádrons, partículas aumentar sua energia cada vez que completarem uma rotação. Desaceleradores trabalham em sentido inverso; em vez de um aumentar a energia, partículas sofrem um chute para trás para diminuir suas velocidades.

7. neutrinos podem ser suas próprias antipartículas.

Uma partícula de matéria e sua parceira de antimatéria carregam cargas opostas, tornando-as fáceis de distinguir. Os neutrinos, partículas quase sem massa que raramente interagem com matéria, não tem nenhuma carga. Os cientistas acreditam que eles podem ser partículas de Majorana, uma classe hipotética de partículas que são suas próprias antipartículas.

Projetos como o Demonstrador de Majorana e EXO-200 visam determinar se os neutrinos são partículas de Majorana, olhando para um comportamento chamado Duplo Decaimento Beta Sem Neutrinos.

Alguns núcleos radioativos simultaneamente decaem, lançando dois elétrons e dois neutrinos. Se os neutrinos forem suas próprias antipartículas, eles iriam aniquilar uns aos outros no rescaldo da duplo decaimento, e os cientistas observarão apenas elétrons.

Encontrar os neutrinos Majorana poderia ajudar a explicar por que existe assimetria matéria-antimatéria. Os físicos hipotetizam que os neutrinos de Majorana podem ser leves ou pesados. A luz que existe hoje, e o seu peso, só existiriam logo após o big bang. Esses neutrinos pesados de Majorana teria se decomposto assimetricamente, levando a pequena matéria em excesso que permitiu que nosso universo existisse.

8. a antimatéria é usada na medicina.

O PET (tomografia por emissão de pósitrons) usa pósitrons para produzir imagens de alta resolução do corpo. Isótopos radioativos emissores de pósitrons (como os encontrados em bananas) estão ligados às substâncias químicas como a glicose que são usadas naturalmente pelo corpo. Estes são injetados na corrente sanguínea, onde eles são naturalmente decompostos, liberando pósitrons que atendem os elétrons no corpo e aniquilam-se. As aniquilações produzem raios gama que são usados para construir imagens.

Os cientistas do projeto ACE do CERN estudaram antimatéria como potencial candidato para a terapia do câncer. Os médicos já descobriram que elas podem direcionar os tumores com feixes de partículas que vão liberar sua energia somente após a passagem com segurança com tecido saudável. Usar antiprótons adiciona uma explosão extra de energia. A técnica foi encontrada para ser eficaz em células de hamster, mas pesquisadores ainda têm de realizar estudos em células humanas.

9. a antimatéria que deve ter nos impedido de existir ainda pode estar à espreita no espaço.

Uma maneira que os cientistas estão tentando resolver o problema de assimetria matéria-antimatéria é procurar por antimatéria que sobrou do big bang.

O Espectrômetro magnético Alpha é um detector de partículas que fica em cima da estação espacial internacional para procurar estas partículas. AMS contém campos magnéticos que dobram o caminho das partículas cósmicas para separar a matéria da antimatéria. Seus detectores avaliar e identificam as partículas que passam através dele.

Colisões de raios cósmicos produzem rotineiramente pósitrons e antiprótons, mas a probabilidade de criação de um átomo de antihélio é extremamente baixa por causa da enorme quantidade de energia que seria necessário. Isto significa que a observação do mesmo um núcleo único antihélio seria uma forte evidência para a existência de uma grande quantidade de antimatéria em outro lugar no universo.

 

10. As pessoas realmente estão estudando combustível de espaçonave com antimatéria.

Apenas um punhado de antimatéria pode produzir uma enorme quantidade de energia, tornando-se um combustível popular para veículos futuristas em ficção científica.

Propulsão de foguete de antimatéria é hipoteticamente possível; a limitação principal é reunir suficiente antimatéria para que isso aconteça.

Não há atualmente nenhuma tecnologia disponível para produzir em massa ou coletar antimatéria no volume necessário para esta aplicação. No entanto, um pequeno número de pesquisadores têm realizado estudos de simulação na propulsão e armazenamento. Estes incluem Ronan Keane, Zhang Wei-Ming, que fez o seu trabalho na Western Reserve Academy e a Universidade de Kent, respectivamente, e Marc Weber e seus colegas na Universidade do estado de Washington. Um dia, se descobrirem uma maneira de criar ou coletar grandes quantidades de antimatéria, seus estudos podem ajudar viagens interestelares de propulsão antimatéria se tornar realidade.

Symmetry Magazine