3744: Cientistas encontram pista para resolver o mistério (de longa data) da antimatéria

CIÊNCIA/FÍSICA

(dr) University of the West of Scotland
Tório-228

Porque é que há mais matéria do que antimatéria no Universo? Uma equipa de físicos descobriu um elemento que pode ser a chave para desvendar este antigo mistério.

Uma equipa de investigadores da Universidade do Oeste da Escócia (UWS) e da Universidade de Strathclyde descobriu que um dos isótopos do elemento tório tem o núcleo em forma de pêra, muito mais do que até agora se pensava. Núcleos semelhantes ao tório-228 podem ajudar a encontrar uma resposta para o mistério que envolve a matéria e a antimatéria.

O Modelo Padrão prevê que cada partícula fundamental possa ter uma antipartícula semelhante. As anti-partículas são quase idênticas às suas contrapartes materiais, excepto pelo simples facto de conterem cargas opostas.

Desta forma, e de acordo com o Modelo Padrão, a matéria e a antimatéria devem ter sido formadas em quantidades iguais na altura do Big Bang. No entanto, o nosso Universo possui muito mais matéria do que antimatéria.

Em teoria, segundo o artigo científico publicado recentemente na Nature Physics, um momento do dipolo eléctrico (EDM) pode permitir que a matéria e a antimatéria se decomponham em taxas diferentes.

Segundo o Europa Press, os núcleos em forma de pêra foram propostos como sistemas físicos ideais nos quais se procura a existência de um momento do dipolo eléctrico numa partícula fundamental, como um electrão. A forma da pêra significa que o núcleo gera um EDM ao ter os protões e neutrões distribuídos de maneira desigual.

Os investigadores descobriram que os núcleos dos átomos de tório-228 têm a forma de pêra mais pronunciada alguma vez descoberta, tendo, por isso, sido identificados como candidatos ideais para procurar a existência de um momento do dipolo eléctrico.

Quanto mais pequena for a vida útil do estado quântico, mais acentuada é a forma de pêra do núcleo, que dá, por sua vez, maiores esperanças aos cientistas de encontrar um EDM.

As experiência da equipa começaram com uma amostra de tório-232, que tem uma meia-vida de 14 mil milhões de anos, o que significa que se decompõe muito lentamente. A cadeia de decaimento desse núcleo cria estados mecânicos quânticos excitados do núcleo do tório-228, que decaem em nanossegundos.

ZAP //

Por ZAP
25 Maio, 2020

 

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3275: Halo em redor de uma estrela de neutrões pode ajudar a resolver o mistério da antimatéria

CIÊNCIA

A antimatéria, o oposto da matéria na escala subatómica, já intriga os cientistas há quase um século. A sua natureza e a maneira como interage com outros tipos de matéria permanecem amplamente desconhecidas, apesar de décadas de pesquisa.

Há cerca de uma década, os astrónomos descobriram que os pósitrões, a versão antimatéria dos electrões, eram inexplicavelmente abundantes perto da Terra – e uma estrutura cósmica recém-descoberta poderá finalmente ajudar a explicar porquê.

Na semana passada, investigadores da NASA publicaram um novo estudo na revista científica Physical Review D que detalha a descoberta de um brilho fraco, mas gigantesco, de luz de alta energia em torno de um pulsar – um tipo de estrelas de neutrões – perto da Terra.

O brilho em forma de halo da estrela de neutrões é tão grande e está tão próximo de nós que pareceria 40 vezes maior do que uma Lua cheia no céu nocturno.

O brilho de raios gama – radiação electromagnética resultante da deterioração dos núcleos atómicos – emanados da estrela de neutrões chamada “Geminga” foi detectado pela primeira vez em 1972 e foi encontrado a cerca de 800 anos-luz de distância na constelação de Gémeos.

Porém, só agora é que os cientistas conseguiram isolar os sinais emanados da própria estrela, separando os seus raios gama dos abundantes raios de luz difusa causados por partículas que refletem a luz das estrelas que a cerca. Isso permitiu ver a auréola e determinar que Geminga poderia ser responsável por mais de 20% dos pósitrões detectados perto da Terra.

“O nosso trabalho demonstra a importância de estudar fontes individuais para prever como contribuem para os raios cósmicos”, disse Mattia Di Mauro, investigadora da NASA, em comunicado. “Esse é um aspeto do novo e empolgante campo chamado astronomia multi-messenger, onde estudamos o universo usando vários sinais, como raios cósmicos, além da luz”.

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Por ZAP
27 Dezembro, 2019

 

spacenews

 

3054: Estarão relacionados os mistérios da antimatéria e da matéria escura?

CIÊNCIA

(dr) Colaboração TNG

Uma equipa internacional de cientistas tentou, pela primeira vez, perceber se a falta de antimatéria no Universo pode dever-se ao facto de esta interagir de forma diferente com a matéria escura.

Pode um mistério do Cosmos explicar um outro? A nova investigação, levada a cabo por cientistas do grupo de colaboração internacional Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE), quis responder a esta pergunta, tentando perceber se existe alguma relação entre matéria escura e antimatéria que possa explicar estes fenómenos.

A matéria escura e antimatéria representam dois grandes problemas para físicos e astrónomos que tentam perceber como é o que o Universo funciona a nível fundamental.

A nova investigação, cujos resultados foram esta semana publicados na revista científica Nature, não conseguiu determinar se há uma forma estranha pela qual a matéria e antimatéria interagem com a matéria escura que possa explicar os fenómenos – na prática, os cientistas não conseguiram encontrar a chave para explicar estas duas incógnitas.

Ainda assim, frisa a equipa, o procedimento experimental conseguiu estabelecer um novo limite superior para a eventual interacção entre a matéria escura e a antimatéria.

“Pela primeira vez, procuramos explicitamente a interacção entre matéria escura e antimatéria e, embora não tenhamos encontrado uma diferença [entre efeitos sobre matéria e antimatéria], estabelecemos um novo limite superior para a interacção potencial entre matéria escura e antimatéria”, declarou Christian Smorra, autor principal do estudo.

Os cientistas mediram uma propriedade do anti-protão chamada frequência de precessão de rotação, explicam os cientistas em comunicado.

Por norma, esta propriedade dever ser constante num determinado campo magnético e uma modulação nesta frequência pode ser explicada por um efeito mediado por partículas semelhantes aos axiões, que são hipotéticas particulares candidatas à matéria escura.

A solução para os dois enigmas do Universo não foi encontrada, mas a sua procura poderá agora ser refinada, tal como explicou Stefan Ulmer, porta-voz do projecto BASE.

“A partir de agora, planeamos melhorar ainda mais a precisão das nossas medições de frequência de precessão de rotação do anti-protão, permitindo estabelecer restrições cada vez mais rigorosas à invariância fundamental da carga, paridade e tempo, e fazer com que a procura pela matéria escura seja ainda mais sensível”, apontou, citado na mesma nota.

A investigação foi realizada pelo Laboratório de Simetrias Fundamentais de RIKEN, do Japão, em parceria com um grupo de trabalho PRISMA+ da Universidade de Johannes Gutenberg de Mainz, na Alemanha, que tem trabalhado de forma activa na procura de matéria escura. O procedimento foi levado a cabo no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN), recorrendo ao Antiproton Decelerator (AD).

Matéria escura versus Antimatéria

Tanto a matéria escura como a antimatéria têm tirado o sono aos cientistas. O mundo em que vivemos é apenas feito de matéria, apesar de o Big Bang dever ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria.

Tal como explicam os cientistas, antimatéria é criada todos os dias em procedimentos experimentais e até mesmo em processos naturais, acabando, contudo, por ser aniquilada em colisões com a matéria “comum”. As previsões mostram que a compreensão do conteúdo da matéria do Universo é desactivada em nove ordens de magnitude, mas ninguém sabe porque é que existe esta assimetria.

No que toca à matéria escura, que compõe cerca de 80% de toda a matéria do Universo, o caso é outro – mas igualmente estranho. As observações astronómicas mostram que uma massa desconhecida está a influenciar as órbitas das estrelas nas galáxias, mas ninguém foi capaz de determinar as propriedades microscópicas exactas destas partículas.

Mais: só sabemos da existência da matéria escura devido ao efeito gravitacional que causa na matéria visível, denunciando assim o seu “rastro”.

Há alguns cientistas que defendem que a matéria escura é composta por uma partícula elementar hipotética – o axião – que desempenha um papel importante para explicar os misteriosos “buracos” no Modelo Padrão da Física de Partículas.

Para já, ambos os fenómenos ficam por resolver. Fica a esperança de no futuro, uma vez explicada uma eventual relação, se completar o puzzle do Cosmos.

A matéria escura pode ser mais antiga do que o Big Bang

A misteriosa matéria escura, que compõe cerca de 80% de toda a matéria do Universo, pode ser mais antiga do…

SA, ZAP //

Por SA
19 Novembro, 2019

 

2759: “Troika de Higgs” pode ser responsável pelo desaparecimento da antimatéria

CIÊNCIA

NASA / WMAP SCIENCE TEAM
Representação da evolução do Universo

Uma acção combinada de partículas, conhecidas como “Troika de Higgs”, pode teoricamente decifrar o mistério que sugere que há mais matéria do que antimatéria no Universo.

Uma equipa de investigadores desenvolveu uma teoria para explicar porque é que há muito mais matéria do que antimatéria no Universo. Durante várias décadas, os cientistas tentaram encontrar uma explicação para este fenómeno, mas só agora a equipa conseguiu elaborar uma teoria que, acreditam, pode explicar o mistério.

Estudos do National Brookhaven Laboratory e da Universidade do Kansas indicam que a diferença nas quantidades de matéria e de antimatéria não ocorreu durante o nascimento do Universo, mas sim um pouco mais tarde. As teorias afirmam que, durante esse período, as quatro forças elementares – gravidade, força electromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca – ainda permaneciam unidas.

Além disso, os investigadores afirmam que investigações e experiências recentes no Grande Colisionador de Partículas (LHC) revelaram a existência de um bosão de Higgs de alta energia, com uma massa de 125 GeV/c2. Esta descoberta sugeriu a possibilidade de muitos tipos de bosões de Higgs de alta energia, a base da nova teoria.

No artigo científico, recentemente publicado no arXiv, os cientistas sugerem que é possível que tivessem existido três tipos de bosão de Higgs de alta energia durante o período que antecedeu a perda de uma grande percentagem de antimatéria. Estes três tipos de partículas, que os cientistas chamam de “Troika de Higgs“, podem ter desempenhado um papel importante na eliminação da antimatéria.

Os físicos acreditam que as três partículas criaram um fluxo de matéria quando se decompuseram logo após o nascimento do Universo. Além disso, os investigadores pensam que muitas dessas partículas encontraram partículas de antimatéria, o que resultou na aniquilação de ambos os tipos de partículas.

De acordo com a equipa, se este fenómeno continuasse por um período de tempo mais alargado, a maior parte da antimatéria no Universo teria desaparecido. Ainda assim, segundo o Europa Press, haveria matéria suficiente gerada pela “Troika de Higgs” para cobrir toda a matéria bariónica observada no Universo actualmente.

Para este cenário funcionar, haveria duas partículas de Higgs ainda não descobertas, e a que foi recentemente identificada. Além disso, o período de tempo durante o qual a antimatéria foi perdida teria sido muito curto, antes que as quatro forças tivessem sido divididas nos seus estados naturais.

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3 Outubro, 2019

 

1948: Já sabemos o que é a antimatéria

Gerd Altmann / pixabay

A antimatéria não é feita apenas de anti-partículas, também é feita de ondas. Os cientistas acabaram de provar que esta dualidade se aplica mesmo ao nível de uma única partícula de antimatéria.

A dualidade onda-partícula não é recente. Tudo à nossa volta, desde a luz até aos átomos do nosso corpo, é composto por partículas e ondas. No entanto, as partículas de antimatéria, que são idênticas às suas irmãs gémeas exceptuando a carga e a rotação opostas, são muito difíceis de ser estudadas.

As partículas de antimatéria surgem de forma fugaz, geralmente em massivos aceleradores de partículas. Contudo, uma equipa de físicos conseguiu provar ao nível com um único positrão (o gémeo de antimatéria de um electrão) que a antimatéria também é composta por partículas e ondas.

Para provar que os positrões também são ondas, os físicos realizaram uma versão mais complexa da famosa “experiência da dupla fenda” que, em 1927, mostrou pela primeira vez que os electrões são partículas e ondas.

Na experiência original, explica o Live Science, os cientistas dispararam uma corrente de electrões através de uma folha com duas fendas, com um detector do lado oposto. Se os electrões fossem apenas partículas, teriam formado um padrão de duas linhas brilhantes no detector.

Porém, os cientistas chegaram à conclusão que os electrões agiam como ondas, “difractando” como a luz, formando assim um padrão espelhado de muitas linhas alternadas, umas mais brilhantes e outras mais escuras.

Mais tarde, em 1976, os físicos descobriram como demonstrar o mesmo efeito com um electrão de cada vez, provando que até mesmo os electrões simples são ondas que podem “interferir” entre si.

Desde então que os cientistas desconfiam que, se reflectidos de uma superfície reflexiva, os positrões comportam-se como ondas. No entanto, nunca tinham realizado uma experiência de dupla fenda que provasse que os positrões individuais tinham, de facto, uma natureza ondulatória.

Recentemente, uma equipa de físicos italianos e suíços descobriu como gerar um feixe de positrões de baixa energia capaz de ser usado para executar a primeira versão da experiência da dupla fenda com antimatéria.

Desta forma, quando os cientistas direccionavam os positrões através de uma série mais complexa de múltiplas fendas, os positrões caíam no detector num padrão que esperaríamos de uma onda, e não de partículas individuais. “A nossa experiência prova a origem quântica do positrão e, portanto, a natureza ondulatória dos positrões“, afirmou Paola Scampoli, física do Politécnico de Milão e co-autora do artigo, publicado na Science Advances.

No futuro, os cientistas esperam responder a perguntas sobre a natureza ondulatória da matéria exótica mais complexa e usar esses resultados para investigar a natureza da gravidade em escalas muito pequenas.

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Por ZAP
9 Maio, 2019

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1170: ALPHA-g. Criado o primeiro detector de anti-gravidade

Stu Shepherd / TRIUMF

O ALPHA-g está pronto para fazer a sua estreia: esta máquina de 200 quilos foi criada para medir os efeitos de uma suposta “anti-gravidade”.

Numa luta contra o tempo, os cientistas estão a apressar-se a ligar o novo detector que irá explorar os efeitos da gravidade sobre a matéria antes que o o laboratório da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) seja desactivado durante dois anos.

O detector anti-gravidade foi proposto, pela primeira vez, em 2013. Nos últimos meses, os criadores do ALPHA-g trabalharam intensamente em Vancouver, no Canadá, para concluir a sua criação. Eis que, em Julho, o ALPHA-g foi enviado para o CERN, o único local no mundo que pode fornecer a quantidade de antimatéria necessária para o seu funcionamento.

Como o CERN irá sofrer uma pausa, já no dia 12 de Novembro, os cientistas pretendem, até lá, resolver os problemas técnicos que surjam e conduzir algumas experiências de anti-gravidade no instrumento.

Entender se a antimatéria obedece às mesmas leis da gravidade, como a matéria, é um passo importante para confirmar décadas de teorias postuladas por físicos.

A antimatéria é exactamente como a matéria regular, aquela que compõe as estrelas, planetas e todos os objectos observáveis no universo. No entanto, exibe algumas propriedades quânticas opostas. Enquanto que a matéria regular tem electrões carregados negativamente, a antimatéria tem positrões, carregados positivamente, por exemplo.

E no que diz respeito às propriedades gravitacionais, serão elas semelhantes ou opostas? Por outras palavras, a antimatéria cai para cima ou para baixo?

A grande aposta para responder a esta pergunta é o detector ALPHA-g. Enquanto outros detectores ALPHA eram orientados horizontalmente com câmaras estreitas, o mais recente é orientado verticalmente.

Com 2,3 metros de altura, o ALPHA-g possui enormes rolos que circundam a câmara, criando um campo magnético capaz de conter átomos de “anti-hidrogénio” como se estivessem presos numa garrafa de plástico.

Na prática, em vez de uma garrafa normal, imagine uma garrafa com uma tampa na parte superior e na parte inferior. Durante as experiências, o campo magnético deve ser manipulado com precisão para que as tampas, tanto a superior como a inferior ,“se abram” simultaneamente.

Através desta experiência, os físicos conseguirão observar se os átomos de anti-hidrogénio caem como a matéria normal na presença do campo gravitacional da Terra, ou se se movem para cima, desafiando a gravidade.

Ainda que esta última possibilidade seja muito improvável, se for observada, a nossa compreensão actual do universo, conforme descrito pela teoria da relatividade geral de Einstein, precisará de ser revista. “Se nos depararmos com alguma diferença entre o hidrogénio e o anti-hidrogénio, precisaremos de reescrever a teoria“, explica Makoto Fujiwara, cientista líder da equipa.

Daqui a dois anos, quando o CERN reabrir, os cientistas querem obter medições repetidas e mais precisas dos efeitos gravitacionais da antimatéria. Por enquanto, a equipa do ALPHA espera, pelo menos, observar se a antimatéria sobe ou desce.

Por ZAP
20 Outubro, 2018

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924: Cientistas a um passo de arrefecer a antimatéria (e de a compreender)

Animatron-io / Deviant Art
Conceito artístico representativo dos fenómenos que ocorrem no acelerador de partículas do CERN

O Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN) “alcançou um maior nível na compreensão da antimatéria” ao observar, pela primeira vez, a transição electrónica Lyman-alfa num átomo de anti-hidrogénio.

Ainda estamos a descobrir, passo a passo, o que é a antimatéria. No entanto, físicos do Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN) estão um passo mais perto de arrefecer a antimatéria através de lasers, um marco que pode ajudar a desvendar os seus mistérios.

A antimatéria é essencialmente o oposto da matéria “normal”. Embora os protões tenham uma carga positiva, os seus equivalentes de antimatéria – os antiprotões – têm a mesma massa, mas uma carga negativa.

Os electrões e as suas anti-partículas correspondentes, os positrões, têm a mesma massa, sendo que a única diferença está na carga: negativa para electrões e positiva para positrões.

Quando uma partícula encontra o seu equivalente de antimatéria, as duas partículas aniquilam-se. Teoricamente, o Big Bang deveria ter produzido uma quantidade igual de matéria e antimatéria e, nesse cenário, as partículas deveriam ter-se aniquilado umas às outras. Mas não foi isso que aconteceu: o Universo parece ter mais matéria do que antimatéria.

Os cientistas não sabem porque é que isso acontece e o motivo pelo qual a antimatéria é tão difícil de estudar, mas estão perto de descobrir. Para isso, físicos do CERN estão a tentar arrefecer antimatéria.

Com a ajuda do Aparelho Físico Anti-hidrogénio a Laser (ALPHA), os investigadores combinaram antiprotões com positrões para formar átomos de hidrogénio. Os cientistas prenderam essas partículas no vácuo e, com a ajuda de pulsos de laser, os átomos anti-hidrogénio passaram pela transição Lyman-alfa.

A Lyman-alpha é uma das transições electrónicas descobertas no átomo de hidrogénio há mais de um século pelo físico Theodore Lyman e permite aos astrónomos explorar o espaço existente entre duas galáxias e testar os modelos cosmológicos.

No caso dos estudos sobre a antimatéria, a transição Lyman-alfa “poderia permitir realizar medidas de precisão sobre a forma como o anti-hidrogénio reage à luz e à gravidade“. Takamasa Momose, um dos investigadores, diz que este fenómeno “abre uma nova era na ciência da antimatéria”.

Este passo é muito importante para o arrefecimento do anti-hidrogénio. Há muito tempo que a comunidade científica utiliza lasers para arrefecer átomos e facilitar o seu estudo. Se conseguissem fazer o mesmo com átomos de antimatéria, seria possível estudá-los mais aprofundadamente.

Caso fosse encontrada “a mais mínima diferença” entre a reacção da matéria e a da antimatéria, isso permitiria consolidar os fundamentos do modelo padrão da física de partículas. Além disso, seria possível compreender melhor por que o Universo é formado quase totalmente de matéria.

Jeffrey Hangst, porta-voz do ALPHA, afirmou que estão “muito contentes com este resultado”, dado que a transição Lyma-alpha é “difícil de observar inclusive no hidrogénio”.

O CERN considera que o ALPHA, graças a este e outros resultados anteriores, “abre decididamente o caminho para experimentos de precisão que poderiam revelar certas diferenças de comportamento entre a matéria e a antimatéria”.

Por ZAP
28 Agosto, 2018

(Foram corrigidos 12 erros ortográficos ao texto original)

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128: Antimatéria com origem incomum detectada num vulcão mexicano

HJPD / Wikimedia

Depois de observar e analisar dois pulsares de estrelas de neutrões, um grupo de cientistas descartou uma das duas principais teorias que explicava até agora o alto número de positrões perto da Terra.

Em 2008, astrónomos observaram um inesperadamente alto número de positrões – a anti-matéria “prima” dos electrões – em órbita a poucas centenas de quilómetros acima da atmosfera da Terra.

Desde então, os cientistas discutiam a causa da anomalia, dividindo-se em duas teorias concorrentes.

Enquanto uns sugeriam uma explicação simples: as partículas extra podem vir de estrelas colapsadas próximas chamadas pulsares, que giram várias vezes em segundo lugar e descartam electrões, positrões e outras questões com força violenta, outros especularam que os positrões extra poderiam vir de processos que envolvem a matéria escura – a substância invisível mas penetrante vista até agora apenas através da atracção gravitacional.

Agora, cientistas da Universidade de Maryland (EUA) e especialistas do observatório de raios gama HAWC examinaram dois pulsares – Geminga e PSR B0656 + 14 – considerados como possíveis fontes de positrões extra ou, por outras palavras, os anti-electrónicos que formariam a antimatéria à volta da Terra.

Usando novos dados do observatório da HAWC, os cientistas fizeram as primeiras medições relatadas de dois pulsares anteriormente identificados como possíveis fontes do excesso de positrão.

Ao capturar e contar partículas de transmissão de luz a partir desses motores estelares próximos, a colaboração da HAWC descobriu que os dois impulsos provavelmente não são a origem do excesso de positrão.

Os cientistas determinaram que essas estrelas de neutrões estão cercadas por uma extensa nuvem opaca que não permite a libertação da maioria dos positrões e, portanto, os pulsares não podem gerar excesso de antimatéria.

Essas conclusões foram publicadas na revista Science na edição de 17 de Novembro.

Os novos dados sobre os dois pulsares próximos foram obtidos no observatório da HAWC, localizado numa das encostas do vulcão Sierra Negra, perto de Puebla, no México.

Graças ao amplo campo de visão, os cientistas conseguiram detectar a emissão de raios gama de Geminga e PSR B0656 + 14, o que lhes permite excluir a origem dos positrões em excesso.

“Os nossos cálculos não resolvem o assunto a favor da matéria escura, mas qualquer nova teoria que tente explicar o excesso dos positrões através dos pulsares terá que ter em conta o que descobrimos”, afirmou o professor de física da Universidade de Maryland, Jordan Goodman, investigador principal e porta-voz dos EUA para a colaboração da HAWC.

ZAP // RT

Por ZAP
18 Novembro, 2017

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