Antipartícula desacelerada em novo recorde poderá ajudar a desvendar antimatéria

Antipartícula desacelerada em novo recorde poderá ajudar a desvendar antimatéria

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 06 de Abril de 2021 às 09h50
Chukman So/TRIUMF

Mesmo que os cientistas estejam certos sobre a origem do universo no Big Bang, ainda se sabe pouco sobre o que aconteceu logo nos primeiros instantes após este evento de pura energia. Sabe-se que houve uma expansão rápida do espaço, mas como a matéria e a antimatéria não se aniquilaram mutuamente? Ou melhor, o que fez com que a matéria fosse a “favorita” do cosmos para prosperar? Um novo estudo de antipartículas pode estar próximo de descobrir.

De acordo com a matemática, a matéria deveria ter se formado logo após o Big Bang junto de sua contraparte, a antimatéria, mas isso não ocorreu da maneira que se espera — até porque, se tivesse ocorrido, não estaríamos aqui. A lógica é que as partículas e antipartículas se formassem e se aniquilassem, porque é isso o que acontece quando elas se encontram. Mas há muita matéria no universo e pouca antimatéria, então o que exatamente aconteceu?

A resposta pode estar nas características inerentes às próprias antipartículas, e para saber mais sobre elas será preciso desacelerá-las — e muito! Isso pode ser feito através de um desacelerador de antipartículas, que é a “contraparte” de um acelerador de partículas. Ou seja, é um equipamento capaz de desacelerar uma antipartícula que se move em velocidade quase equivalente à da luz, o que tem se mostrado algo muito difícil de fazer ao longo das últimas décadas.

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

Uma das principais dificuldades no processo é manter a antipartícula, já que ela desaparece assim que entra em contato com as partículas que viajam o tempo todo pelo ar. Então, é preciso uma técnica muito especial para “prende-las” e desacelerar seus movimentos. As antipartículas são simétricas às partículas elementares da matéria, tendo a mesma massa, mesmo spin, e assim por diante, com a única diferente de que os campos eletromagnéticos são contrários.

Contudo, alguns cientistas esperam que haja algo mais que diferencie essas entidades gêmeas. Se isso for verdade, pode ser que essa diferença seja o motivo de nosso universo ser composto por tanta matéria, sem nenhuma interação destrutiva com antimatéria. Alguns pesquisadores cogitam que essa diferença ainda não encontrada entre ambas seja algo relacionado à gravidade, ou talvez alguma outra força que tenha uma influência sutil sobre a antimatéria.

Para saber, é preciso desacelerar as antipartículas, e felizmente os novos resultados são animadores. Isso está sendo feito pela equipe do experimento ALPHA, do CERN (sim, os mesmos donos do maior acelerador de partículas do mundo, o LHC) que tenta desacelerar os antiátomos lançando fótons neles de forma que não cause uma agitação indesejada. Assim como os átomos comuns de hidrogênio, os átomos de anti-hidrogênio podem absorver e espalhar fótons para perder ou ganhar impulso, mas é preciso que a luz esteja na frequência certa.

Retardar o movimento translacional de átomos e íons pela aplicação da força do movimento dos fótons não é algo novo. Foi demonstrado pela primeira vez há 40 anos e é conhecido como resfriamento a laser, mas isso não significa que seja algo fácil de fazer com antipartículas — na verdade, a técnica nunca havia sido antes usada para esses casos. Os pesquisadores ajustaram os lasers para considerar a velocidade do anti-hidrogênio correndo em direção à fonte, de modo que os fótons estivessem na frequência perfeita no momento do grande encontro.

Diagrama de antipartículas, como o antiproton e o antiquark, e os possívels resultados de um encontro com suas contrapartes (Imagem: Reprodução/Astronomy/Roen Kelly)

Cerca de uma dúzia de colisões foram necessárias, até que uma antipartícula se movendo a cerca de 300 km/h — mais rápido que a velocidade média do hexacampeão de F1, Lewis Hamilton — foi reduzida para menos de 50 km/h. Isso é um grande passo na ciência de antimatéria, porque é a primeira vez em que a técnica foi utilizada para resfriar e desacelerar uma antipartícula, com resultado bem satisfatório.

Para Takamasa Momose, um dos físicos da equipe do ALPHA, essa técnica pode ajudar os cientistas a resolver “mistérios de longa data”, como a física envolvida entre a antimatéria e a gravidade. "Essas respostas podem alterar fundamentalmente nossa compreensão de nosso universo”, disse. Pode ser que esse dia chegue, mas teremos que esperar um pouco. Por enquanto, o desacelerador de antipartículas está cumprindo seu papel, mas há um caminho a percorrer até que a antimatéria seja totalmente desvendada.

Fonte: Science Alert

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