A antimatéria há muito tempo é tema de ficção científica. No livro e no filme Anjos e Demônios, o professor Langdon tenta salvar o Vaticano de uma bomba de antimatéria. A nave espacial Star Trek Enterprise usa um motor de antimatéria aniquilador para viajar mais rápido que a velocidade da luz. Mas a antimatéria também é um objeto de nossa realidade. As partículas de antimatéria são praticamente idênticas aos seus parceiros materiais, exceto que carregam carga e spin opostas. Quando a antimatéria encontra a matéria, elas instantaneamente se aniquilam em energia, e isso não é mais ficção.
Embora bombas de antimatéria e navios baseados neste mesmo combustível ainda não sejam possíveis na prática, há muitos fatos sobre a antimatéria que irão surpreendê-lo ou permitir que você refresque sua memória do que você já sabia.
1. A antimatéria deveria destruir toda a matéria do universo após o Big Bang
De acordo com a teoria, o Big Bang gerou matéria e antimatéria em quantidades iguais. Quando eles se encontram, há aniquilação mútua, aniquilação e apenas a energia pura permanece. Com base nisso, não deveríamos existir.
Mas nós existimos. E, pelo que os físicos sabem, isso ocorre porque para cada bilhão de pares matéria-antimatéria, havia uma partícula extra de matéria. Os físicos estão dando o melhor de si para explicar essa assimetria.
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2. A antimatéria está mais perto de você do que você pensa
Pequenas quantidades de antimatéria chovem constantemente na Terra na forma de raios cósmicos, partículas de energia do espaço. Essas partículas de antimatéria atingem nossa atmosfera em níveis que variam de um a mais de cem por metro quadrado. Os cientistas também têm evidências de que a antimatéria é gerada durante uma tempestade.
Existem outras fontes de antimatéria que estão mais perto de nós. As bananas, por exemplo, produzem antimatéria emitindo um pósitron - a antimatéria equivalente a um elétron - uma vez a cada 75 minutos. Isso ocorre porque as bananas contêm pequenas quantidades de potássio-40, um isótopo de potássio que ocorre naturalmente. Quando o potássio-40 decai, às vezes nasce um pósitron.
Nossos corpos também contêm potássio-40, o que significa que você também emite pósitrons. A antimatéria se aniquila instantaneamente ao entrar em contato com a matéria, portanto, essas partículas de antimatéria não duram muito.
3. Os humanos conseguiram criar muito pouca antimatéria
A aniquilação da antimatéria e da matéria tem o potencial de liberar enormes quantidades de energia. Um grama de antimatéria pode produzir uma explosão do tamanho de uma bomba nuclear. No entanto, os humanos não produziram muita antimatéria, então não há nada a temer.
Todos os antiprótons criados no acelerador de partículas Tevatron nos Laboratórios Fermi pesarão apenas 15 nanogramas. O CERN produziu apenas cerca de 1 nanograma até o momento. No DESY na Alemanha - não mais do que 2 nanogramas de pósitrons.
Se toda a antimatéria criada pelos humanos se aniquilar instantaneamente, sua energia não será suficiente para ferver uma xícara de chá.
O problema está na eficiência e no custo de produção e armazenamento da antimatéria. A criação de 1 grama de antimatéria requer cerca de 25 milhões de bilhões de quilowatts-hora de energia e custa mais de um milhão de bilhões de dólares. Sem surpresa, a antimatéria às vezes é listada como uma das dez substâncias mais caras em nosso mundo.
4. Existe uma armadilha de antimatéria
Para estudar a antimatéria, você precisa evitar que ela se aniquile com a matéria. Os cientistas encontraram várias maneiras de fazer isso.
Partículas de antimatéria carregadas, como pósitrons e antiprótons, podem ser armazenadas nas chamadas armadilhas de Penning. Eles são como pequenos aceleradores de partículas. Dentro delas, as partículas se movem em espiral enquanto os campos magnéticos e elétricos evitam que colidam com as paredes da armadilha.
No entanto, as armadilhas Penning não funcionam para partículas neutras como o anti-hidrogênio. Como não têm carga, essas partículas não podem ser confinadas a campos elétricos. Eles estão presos nas armadilhas de Ioffe, que funcionam criando uma área do espaço onde o campo magnético se torna maior em todas as direções. Partículas de antimatéria ficam presas na área com o campo magnético mais fraco.
O campo magnético da Terra pode funcionar como armadilhas para a antimatéria. Os antiprótons foram encontrados em certas zonas ao redor da Terra - os cinturões de radiação de Van Allen.
5. A antimatéria pode cair (no sentido literal da palavra)
Partículas de matéria e antimatéria têm a mesma massa, mas diferem em propriedades como carga elétrica e spin. O Modelo Padrão prevê que a gravidade deve agir igualmente sobre a matéria e a antimatéria, mas isso ainda precisa ser visto com certeza. Experimentos como AEGIS, ALPHA e GBAR estão trabalhando nisso.
Observar o efeito gravitacional no exemplo da antimatéria não é tão fácil quanto olhar uma maçã caindo de uma árvore. Esses experimentos requerem a retenção de antimatéria ou desaceleração por meio do resfriamento a temperaturas acima do zero absoluto. E como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais, os físicos devem usar partículas neutras de antimatéria nesses experimentos para evitar a interação com a força mais poderosa da eletricidade.
6. A antimatéria é estudada em moderadores de partículas
Você já ouviu falar de aceleradores de partículas e de mais lentos? No CERN, existe uma máquina chamada Antiproton Decelerator, na qual os antiprótons são capturados e desacelerados para estudar suas propriedades e comportamento.
Em aceleradores de partículas em anel como o Large Hadron Collider, as partículas recebem um impulso energético cada vez que completam um círculo. Os retardadores funcionam da maneira oposta: em vez de partículas em aceleração, eles são empurrados na direção oposta.
7. Neutrinos podem ser suas próprias antipartículas
Uma partícula de matéria e seu parceiro antimaterial carregam cargas opostas, o que torna mais fácil distingui-los. Neutrinos, partículas quase sem massa que raramente interagem com a matéria, não têm carga. Os cientistas acreditam que podem ser partículas de Majorana, uma classe hipotética de partículas que são suas próprias antipartículas.
Projetos como o Demonstrador Majorana e o EXO-200 visam determinar se os neutrinos são de fato partículas de Majorana, observando o comportamento do que é conhecido como decaimento beta duplo sem neutrinos.
Alguns núcleos radioativos decaem simultaneamente, emitindo dois elétrons e dois neutrinos. Se os neutrinos fossem suas próprias antipartículas, eles se aniquilariam após o decaimento duplo, e os cientistas teriam apenas que observar os elétrons.
A busca por neutrinos de Majorana pode ajudar a explicar por que existe a assimetria matéria-antimatéria. Os físicos sugerem que os neutrinos de Majorana podem ser pesados ou leves. Os pulmões existem em nosso tempo, e os pesados existiram imediatamente após o Big Bang. Neutrinos Majorana pesados decaíram assimetricamente, levando ao aparecimento de uma pequena quantidade de matéria que preencheu nosso universo.
8. A antimatéria é usada na medicina
PET, PET (Positron Emission Topography) usa pósitrons para produzir imagens corporais de alta resolução. Isótopos radioativos emissores de pósitrons (como os que encontramos nas bananas) se ligam a substâncias químicas como a glicose no corpo. Eles são injetados na corrente sanguínea, onde se deterioram naturalmente, emitindo pósitrons. Estes, por sua vez, se encontram com os elétrons do corpo e se aniquilam. A aniquilação produz raios gama que são usados para construir uma imagem.
Cientistas do projeto ACE do CERN estão estudando a antimatéria como um candidato potencial para o tratamento do câncer. Os médicos já descobriram que podem direcionar feixes de partículas para os tumores, emitindo sua energia somente depois de passarem com segurança pelo tecido saudável. Usar antiprótons adicionará uma explosão extra de energia. Esta técnica demonstrou ser eficaz no tratamento de hamsters, mas ainda não foi testada em humanos.
9. A antimatéria pode estar à espreita no espaço
Uma das maneiras pelas quais os cientistas estão tentando resolver o problema da assimetria da matéria-antimatéria é procurando a antimatéria que sobrou do Big Bang.
O Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) é um detector de partículas localizado na Estação Espacial Internacional e procura por tais partículas. AMS contém campos magnéticos que dobram o caminho das partículas cósmicas e separam a matéria da antimatéria. Seus detectores devem detectar e identificar essas partículas à medida que passam.
As colisões de raios cósmicos geralmente produzem pósitrons e antiprótons, mas as chances de criar um átomo de antihélio permanecem extremamente pequenas devido à enorme quantidade de energia que esse processo requer. Isso significa que a observação de pelo menos um nucléolo de antiélio seria uma evidência poderosa da existência de quantidades gigantescas de antimatéria em outras partes do universo.
10. As pessoas realmente aprendem como equipar combustível de antimatéria para espaçonaves, Muito pouca antimatéria pode gerar grandes quantidades de energia, tornando-se um combustível popular para naves futurísticas de ficção científica.
A propulsão de foguetes de antimatéria é hipoteticamente possível; a principal limitação é coletar antimatéria suficiente para fazer isso acontecer.
Ainda não existem tecnologias para a produção em massa ou coleta de antimatéria nas quantidades necessárias para tal aplicação. No entanto, os cientistas estão trabalhando para imitar esse movimento e armazenamento dessa mesma antimatéria. Um dia, se pudermos encontrar uma maneira de produzir grandes quantidades de antimatéria, suas pesquisas poderão ajudar a viagem interestelar se tornar realidade.
Com base em materiais de symmetrymagazine.org
ILYA KHEL
