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.

ZAP //

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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