Antimatéria

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Física
\nabla \cdot \mathbf{B} = 0

\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t}

\nabla \cdot \mathbf{E} = \rho

\nabla \times \mathbf{B} = \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} + \mathbf{J}
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Antimatéria na física de partículas e na química quântica, é a extensão do conceito de antipartícula da matéria, por meio de que a antimatéria é composta de antipartículas da mesma maneira que matéria normal está composta das partículas.

Por exemplo, anti-elétrons (pósitrons, elétrons com carga positiva), antiprótons (prótons com carga negativa) e antinêutrons (com carga nula como os nêutrons) poderiam dar forma a antiátomos da mesma maneira que elétrons, prótons e nêutrons dão forma a átomos normais da matéria.

Além disso, a mistura da matéria e da antimatéria conduziria ao aniquilamento de ambos, da mesma maneira que a mistura das antipartículas e das partículas, criando assim fótons de grande energia (raios gama) e outros pares de partículas e antipartículas. As partículas que resultam do aniquilamento matéria-antimatéria são dotadas de energia igual à diferença entre a massa do descanso dos produtos do aniquilamento e a massa do descanso do par original da matéria-antimatéria, que é sempre grande (ver: aniquilação pósitron-elétron).

Introdução[editar | editar código-fonte]

Em 1928, o físico teórico britânico Paul Dirac elaborou uma equação que leva seu nome. Esta equação tornou possível antever a existência dos pósitrons e, portanto, a existência da antimatéria.

Há uma especulação considerável na ciência e na ficção científica a respeito de por que o universo observado parece ser constituído inteiramente de matéria. Especula-se a respeito de outros lugares possivelmente constituídos apenas por antimatéria. Atualmente, a assimetria aparente entre matéria e antimatéria é um dos maiores problemas sem solução da física. Os possíveis processos pelo que ocorreu são explorados mais detalhadamente na bariogênese.

Em 1995, foram produzidos antiátomos de anti-hidrogênio, assim como núcleos de anti-deutério, criados a partir de um antipróton e um antinêutron. Porém, não houve sucesso na obtenção de antimatéria de maior complexidade.

A antimatéria cria-se no universo como resultado da colisão entre partículas de alta energia, como ocorre no centro das galáxias, entretanto, não se tem detectado nenhum tipo de antimatéria como resíduo do Big Bang, coisa que ocorre com a matéria normal. A desigual distribuição entre a matéria e a antimatéria no universo tem sido, durante muito tempo, um mistério. A solução mais provável reside em certa assimetria nas propriedades dos mésons-B e suas antipartículas, os antimésons-B [1].

Os pósitrons e os antiprótons podem ser armazenados num dispositivo denominado "armadilha" (Penning trap, em inglês), que usa uma combinação de campos magnéticos e elétricos. Para a criação de armadilhas que retenham átomos completos de anti-hidrogênio foram empregados campos magnéticos muito intensos, assim como temperaturas muito baixas. As primeiras destas armadilhas foram desenvolvidas pelos projetos ATRAP e ATHENA.

Foguete de antimatéria: astronave que, teoricamente, utilizaria antimatéria como combustível.

O símbolo que se usa para descrever uma antipartícula é o mesmo símbolo da partícula normal, porém com um traço sobre o símbolo. Por exemplo, o antiproton é simbolizado como:

(\bar{\mbox{p}}).

As reações entre matéria e antimatéria tem aplicações práticas na medicina como, por exemplo, na tomografia por emissão de pósitrons (PET).

As colisões entre matéria e antimatéria convertem toda a massa possível das partículas em energia. Esta quantidade é muito maior que a energia química ou mesmo a energia nuclear que se podem obter atualmente através de reações químicas, fissão ou mesmo fusão nuclear. A reação de 1 kg de antimatéria com 1 kg de matéria produziria 1.8×1017 J de energia (segundo a equação E=mc²). Em contraste, queimar 1 kg de petróleo produziria 4.2×107 J, e a fusão nuclear de 1 kg de hidrogênio produziria 2.6×1015 J.

A escassez de antimatéria significa que não existe uma disponibilidade imediata para ser usada como combustível. Gerar somente um antipróton é imensamente difícil e requer aceleradores de partículas, assim como imensas quantidades de energia (muito maior do que a obtida pelo aniquilamento do antipróton), devido a ineficiência do processo. Os métodos conhecidos para produzir antimatéria também produzem uma quantidade igual de matéria normal, de forma que o limite teórico do processo é a metade da energia administrada se converter em antimatéria. Inversamente, quando a antimatéria é aniquilada com a matéria ordinária, a energia emitida é o dobro da massa de antimatéria, de forma que o armazenamento de energia na forma de antimatéria poderia apresentar (em teoria) uma eficiência de 100%.

Na atualidade, a produção de antimatéria é muito limitada, porém tem aumentado em progressão geométrica desde o descobrimento do primeiro antipróton em 1995. A taxa atual de produção de antimatéria é entre 1 e 10 nanogramas por ano, esperando-se um incremento substancial com as novas instalações do CERN e da Fermilab.

Considerando as partículas mais elementares que se conhecem atualmente: Lépton (Elétron, Elétron-neutrino, Múon, múon-neutrino, Tau e Tau-neutrino), Quarks (Up, Down, Charm, Strange, Top e Bottom) e Bósons (Fótons, Glúons, Bósons vetoriais mediadores e grávitons), podemos dizer que para cada uma delas, existe uma antipartícula, com massa igual porém com carga elétrica e momento magnético inverso. Elas dão origem ao antielétron (chamado também de pósitron), ao antipróton e ao antinêutron - a antimatéria, portanto.

A teoria[editar | editar código-fonte]

A teoria mais aceita para a origem do universo é a do Big Bang que diz que tudo se iniciou numa grande expansão. Nos primeiros instantes o universo não era constituído por matéria, mas sim por energia sob forma de radiação. O universo então passou a expandir-se e, consequentemente, a arrefecer. Pares de partícula-antipartícula eram criados e aniquilados em grande quantidade. Com a queda de temperatura a matéria pôde começar a formar hádrons, assim como a antimatéria a formar antihádrons, pois matéria e antimatéria foram geradas em quantidades iguais. Atualmente, no entanto, parece que vivemos em um universo onde só há matéria.

Na esquerda: Partículas (elétron, próton, nêutron).
Na direita: Antipartículas (pósitron, antipróton, antinêutron).

Na realidade, já é estranho que o universo exista[carece de fontes?], pois, quando a matéria e a antimatéria se encontram, o processo inverso da criação ocorre, ou seja, elas anulam-se gerando apenas energia nesse processo. Seria altamente provável[carece de fontes?], portanto, que logo após terem sido criadas, partículas e antipartículas se anulassem, impedindo que corpos mais complexos como hádrons, átomos, moléculas, minerais e seres vivos pudessem formar-se[carece de fontes?]. Acredita-se[carece de fontes?] que esse processo de geração e aniquilação realmente ocorreu para quase toda a matéria criada durante o início da expansão do universo, mas o simples fato de existirmos indica que ao menos uma pequena fração de matéria escapou a esse extermínio precoce[carece de fontes?].

É possível que algum processo, de origem desconhecida, tenha provocado uma separação entre a matéria e a antimatéria. Neste caso existiriam regiões do universo em que a antimatéria e não a matéria seria mais abundante[carece de fontes?]. Planejam-se algumas experiências no espaço para procurar essas regiões. No entanto, como até hoje não se conhece um processo capaz de gerar tal separação[carece de fontes?], a maioria dos cientistas não acredita nessa hipótese[carece de fontes?].

Por outro lado, existe a possibilidade de que a natureza trate de forma ligeiramente diferente a matéria e a antimatéria. Se isto for verdade, seria possível que uma pequena fração da matéria inicialmente gerada tenha sobrevivido e formado o universo conhecido hoje. Há resultados experimentais e teóricos que apontam nesta direção.[carece de fontes?]

Experimentos[editar | editar código-fonte]

Experimentos para a produção artifical de antimatéria e seu armazenamento por períodos relativamente longos de tempo vem sendo tentados por cientistas nos últimos anos.

Em setembro de 2010, a equipe internacional ALPHA do CERN (a qual inclui pesquisadores de diversos países, includindo os brasileiros Cláudio Lenz Cesar e Daniel de Miranda Silveira) anunciou que conseguiu pela primeira vez capturar átomos de antimatéria. Foram aprisionados 38 átomos de antihidrogênio no "tanque de antimatéria" criado pelos cientistas, cada um deles ficando retido por mais de um décimo de segundo.[1]

Em junho de 2011, a mesma equipe ALPHA anunciou um novo recorde, ao aprisionar átomos de antimatéria por 1000 segundos (mais de 16 minutos e 35 segundos).[2]

Em março de 2012, a equipe ALPHA anunciou que conseguiu pela primeira vez efetuar medições de propriedades de átomos de antimatéria.[3] [4]

Ver também[editar | editar código-fonte]

Bibliografia[editar | editar código-fonte]

  • Antimatter: the ultimate mirror. Gordon Fraser, Cambridge University Press, 2000. ISBN 0521652529

Referências

  1. Antimatéria é capturada pela primeira vez Inovação Tecnológica (18/11/2010). Visitado em 15/06/2012.
  2. Pesquisadores aprisionam antimatéria por 16 minutos Veja Online (06/06/2011). Visitado em 15/06/2012.
  3. Cientistas do Cern conseguem medir antimatéria pela primeira Café das quatro (07/03/2012). Visitado em 15/06/2012.
  4. CERN apresenta avanços no estudo da antimatéria Inovação Tecnológica (07/03/2012). Visitado em 15/06/2012.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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