Estudo mostra como criar antimatéria apenas com lasers e um bloco de plástico

Estudo mostra como criar antimatéria apenas com lasers e um bloco de plástico

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 27 de Julho de 2021 às 15h20
Toma Toncian

Um novo estudo demonstra como cientistas poderiam criar um jato acelerado de antimatéria usando nada mais que um feixe de luz. Não qualquer luz, mas sim lasers de alta intensidade para colidir com uma “nuvem” de elétrons, o que deve produzir antipartículas chamadas pósitron. Ainda é tudo teórico, mas simulações de computador mostram que pode mesmo funcionar.

Cientistas sabem que quando antipartículas se encontram com partículas, ambas se aniquilam e deixam para trás um rastro de raios gama. O processo inverso também pode acontecer — com lasers de altíssima intensidade, é possível gerar fótons gama em colisão para produzir partículas e antipartículas.

Os raios gama, no entanto, são os comprimentos de onda de luz mais energéticos do espectro eletromagnético. Por isso os lugares onde processos como estes ocorrem são alguns dos mais extremos do universo: as estrelas de nêutrons altamente magnéticas, também conhecidas como pulsares.

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Diagrama ilustra um átomo de hidrogênio e sua contraparte, o anti-hidrogênio (Imagem: Reprodução/ESO/N. Bartmann)

De acordo com os modelos, processos que ocorrem perto das pulsares podem resultar em nuvens de radiação gama, semelhante ao experimento proposto. Por isso é de grande interesse dos astrônomos e físicos teóricos que a ideia do novo estudo realmente funcione, já que ele poderia ser usado para simular ambientes análogos ao dessas estrelas poderosas.

Para compreender melhor o que é antimatéria, basta saber o átomo é composto pelas partículas elétron, próton e nêutron, enquanto o antiátomo possui as antipartículas pósitron, antipróton e antinêutron. Um antiátomo pode formar coisas como antihidrogênio, antihélio, anticarbono, e assim por diante. A proposta do estudo não é ir tão longe, e sim criar um par de elétron e pósitron.

Se os cientistas pudessem criar um laser de raios gama, o processo seria bem mais simples, mas isso ainda não é viável. Então, a equipe de físicos liderada por Yutong He, da Universidade da Califórnia, propõe usar um bloco de plástico e dois lasers poderosos, mas não tanto quanto o hipotético laser de raios-gama.O bloco seria esculpido com um padrão de canais que se cruzam na escala do micrômetro. Então, os lasers disparam, cada um de um dos lados do bloco.

Ilustração que mostra como a densidade do plasma (em preto e branco) evolui ao longo do tempo durante a irradiação com os dois pulsos de laser de alta intensidade. Os fótons gama são destacadas em cores e estão tão próximos o suficiente para colidir entre si e criar pares de matéria-antimatéria (Imagem: Reprodução/Toma Toncian)

Quando esses pulsos de laser penetram no bloco, cada um deles acelera uma nuvem de elétrons extremamente rápidos. Essas nuvens então correm uma em direção à outra em altíssima velocidade, interagindo com o laser que se propaga na direção oposta. A colisão é tão energética que produz fótons gama, que agora podem colidir entre si para produzir pares de elétron-pósitron.

Além disso, o processo pode gerar campos magnéticos poderosos capazes de organizar os pósitrons em um jato de antipartículas. Claro, ele não seria grande o suficiente para impressionar um observador externo — percorreria uma distância na ordem de micrômetros. Mesmo assim, a aceleração aumentaria a energia das antipartículas para um gigaeletronvolt, o que é bastante útil para detectar os pósitrons.

Jatos de antipartículas, ainda que minúsculos quando produzidos em laboratório, poderiam ser de grande valor para comparar com os jatos poderosos emitidos pelos pulsares. "Com nosso novo conceito, tais fenômenos poderiam ser simulados em laboratório, pelo menos até certo ponto, o que nos permitiria entendê-los melhor”, disseram os pesquisadores.

Resultados de uma das simulações; as linhas horizontais tracejadas indicam o momento em que os lasers colidem (Imagem: Reprodução/Communications Physics/Creative Commons)

Tudo isso poderá ser testado na Instalação Europeia de Laser de Elétron Livre de Raio-X. A equipe também espera colocar o plano em prática na recém-inaugurada ELI-Nuclear Physics Facility, que tem objetivo de produzir o laser de maior intensidade possível com os pulsos mais curtos.

Fonte: ScienceAlert, HZDR

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