Antimatéria: o que realmente é? Mega Curiosidades

O que é realmente Antimateria?

A antimatéria é o oposto da matéria normal. Mais especificamente, as partículas subatômicas da mesma possuem propriedades opostas às da matéria normal.

A antimatéria foi uma das mais emocionantes descobertas físicas do século XX. Pegados por escritores de ficção como Dan Brown, muitas pessoas pensam nisso como uma ideia teórica “por aí” – inconsciente de que realmente está sendo produzido todos os dias. Além disso, todo o estudo feito está realmente nos ajudando a compreender e entender como o universo funciona.

Nada mais é que um material composto pelas chamadas antipartículas. Acredita-se que cada partícula que conhecemos tem um companheiro de antimatéria que é praticamente idêntico a si mesmo, mas com a carga oposta. Por exemplo, um elétron tem uma carga negativa. Mas a sua antipartícula, chamada pósitron, tem a mesma massa, mas uma carga positiva. Quando uma partícula e sua antipartícula se encontram, eles se aniquilam, desaparecendo em uma explosão de luz.

Relatividade e mecânica quântica

Essas partículas foram previstas pela primeira vez pelo físico britânico Paul Dirac quando tentava combinar as duas grandes ideias da física moderna precoce: relatividade e mecânica quântica. Anteriormente, os cientistas ficaram perplexos com o fato de que parecia prever que as partículas poderiam ter energias menores do que quando estavam “descansando” (ou seja, praticamente não fazendo nada). Isso parecia impossível na época, pois significava que as energias poderiam ser negativas.

Dirac, no entanto, aceitou que as equações lhe diziam que as partículas realmente estão preenchendo um “mar” inteiro dessas energias inferiores, um mar que até agora era invisível para os físicos, pois eles estavam apenas olhando “acima da superfície”. Ele imaginou que todos os níveis de energia “normais” que existem são explicados por partículas “normais”. No entanto, quando uma partícula salta de um estado de energia inferior, aparece como uma partícula normal, mas deixa um “buraco”, o que nos parece uma partícula de imagem espelho espetacular.

Raios cósmicos

Apesar do ceticismo inicial, logo foram encontrados exemplos desses pares partículas antipartículas. Por exemplo, eles são produzidos quando os raios cósmicos atingem a atmosfera da Terra. Há até evidências de que a energia nas tempestades produzem anti-elétrons, chamados pósitrons.

Estes também são produzidos em alguns decaimentos radioativos, um processo usado em muitos hospitais nos escaneadores de tomografia por emissão de pósitrons (PET), que permitem imagens precisas dentro dos corpos humanos. Hoje em dia, os experimentos no Large Hadron Collider (LHC) também podem produzir matéria e antimatéria.

Antimateria

Área experimental no CERN, incluindo o experimento alfa. Crédito: Mikkel D. Lund / wikimedia, CC BY-SA

Mistério

A física prevê que a matéria e a antimatéria devem ser criadas em quantidades quase iguais, e que este seria o caso durante o Big Bang. Além disso, prevê-se que as leis da física sejam as mesmas se uma partícula for trocada com a sua antipartícula, uma relação conhecida como simetria CP. No entanto, o universo que vemos não parece obedecer a essas regras. É quase inteiramente feito de matéria, então, onde é que todos os antimatérios foram? É um dos maiores mistérios da física até à data.

As experiências mostraram que alguns processos de decaimento radioativo não produzem uma quantidade igual de partículas e antipartículas. Mas não basta explicar a disparidade entre quantidades de matéria e antimatéria no universo. Conseqüentemente, físicos como eu no LHC, em ATLAS, CMS e LHCb, e outros que fazem experiências com neutrinos, como o T2K no Japão, estão procurando outros processos que poderiam explicar o quebra-cabeça.

Experiências

Outros grupos de físicos como o Alpha Collaboration no CERN estão trabalhando em energias muito mais baixas para ver se as propriedades do material realmente são o espelho de seus parceiros de assunto. Seus últimos resultados mostram que um átomo anti-hidrogênio (composto de um antiprotono e um anti-elétron, ou positrão) é eletricamente neutro para uma precisão de menos de um bilionésimo da carga de um elétron. Combinado com outras medidas, isso implica que o pósitron é igual e oposto à carga do elétron para melhor que uma parte em um bilhão, confirmando o que se espera deste material.

No entanto, muitos mistérios permanecem. As experiências também estão investigando se a gravidade afeta o material da mesma forma que ela afeta a matéria. Se essas simetrias exatas se mostrem quebradas, exigirá uma revisão fundamental de nossas ideias sobre a física, afetando não só a física de partículas, mas também a nossa compreensão da gravidade e da relatividade.

Desta forma, experiências nos permitem colocar nossa compreensão do funcionamento fundamental do universo para testes novos e excitantes. Quem sabe o que encontraremos?

Artigo de: The Conversation