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Antimateria

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Acelerador de antiprotones do CERN.

Em física de partículas, a antimateria é a extensão do conceito de antipartícula à matéria. Assim, a antimateria está composta de antipartículas, enquanto a matéria ordinária está composta de partículas. Por exemplo, um antielectrón (um elétron com ónus positivo, também chamado positrón) e um antiprotón (um protón com ónus negativo) poderiam formar um átomo de antimateria, da mesma maneira que um elétron e um protón formam um átomo de hidrógeno. O contacto de matéria e antimateria levaria à aniquilación de ambas, dando lugar a fotones de alta energia (raios gama) e outros pares partícula-antipartícula.

Conteúdo

Anotação

Em física usa-se uma barra horizontal ou macrón para diferenciar as partículas das antipartículas: por exemplo protón p e antiprotón p. Para os átomos de antimateria emprega-se a mesma anotação: por exemplo, se o hidrógeno escreve-se H, o antihidrógeno será H.

Também se utiliza a diferença de ónus eléctrica entre ambas partículas: por exemplo elétron e− e positrón e+.

Onde está a antimateria

As teorias científicas aceitadas afirmam que na origem do universo existiam matéria e antimateria em iguais proporções. Mas a matéria e a antimateria aniquilam-se mutuamente, dando como resultado energia pura, e no entanto, o universo que observamos está composto unicamente por matéria. Desconhecem-se os motivos pelos que não se encontrou grandes estruturas de antimateria no universo. Em física, o processo pelo que a quantidade de matéria superou à de antimateria se denomina bariogénesis, e baralha três possibilidades:

  1. Pequeno excesso de matéria depois do Big Bang: Especula com que a matéria que forma actualmente o universo poderia ser o resultado de uma ligeira asimetría nas proporções iniciais de ambas. Calculou-se que a diferença inicial entre matéria e antimateria deveu ser tão insignificante como de uma partícula mais de matéria pela cada dez mil milhões de casais partícula-antipartícula.
  2. Asimetría CP: Em 1967, Andréi Sájarov postuló pela primeira vez que as partículas e as antipartículas não tinham propriedades exactamente iguais ou simétricas; uma discussão denominada a Violação CP.[1] Um recente experimento no acelerador KEK do Japão sugere que isto quiçá seja verdadeiro, e que por tanto não é necessário um excesso de matéria no Big Bang: simplesmente as leis físicas que regem o universo favorecem a sobrevivência da matéria em frente à antimateria.[2] Neste mesmo sentido, também se sugeriu que quiçá a matéria escura seja a causante da bariogénesis ao interactuar de diferente forma com a matéria que com a antimateria.[3]
  3. Existência de galaxias de antimateria unida por antigravedad : Muito poucos cientistas confiam nesta possibilidade, mas ainda não tem podido ser completamente descartada. Esta terceira opção propõe a hipótese de que possa ter regiões do universo compostas de antimateria. Até a data não existe forma de distinguir entre matéria e antimateria a longas distâncias, pois seu comportamento e propriedades são indistinguibles. Existem argumentos para achar que esta terceira opção é muito improvável: a antimateria em forma de antipartículas cria-se constantemente no universo nas colisões de partículas de alta energia, como por exemplo com os raios cósmicos. No entanto, estes são acontecimentos demasiado isolados como pára que estas antipartículas possam chegar a se encontrar e se combinar. A NASA tem enviado a sonda AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) para procurar rastros de antimateria mais complexa,[4] que pudessem indicar que ainda existe antimateria no universo. No entanto os experimentos não têm detectado nada até a data.

História

A equação de Dirac, formulada por Paul Dirac em 1928, predisse a existência de antipartículas além das partículas de matéria ordinárias. Desde então, foram-se detectando experimentalmente muitas de ditas antipartículas: Carl D. Anderson, no Caltech, descobriu o positrón em 1932. Vinte e três anos depois, em 1955, Emilio Segrè e Owen Chamberlain, na universidade de Berkeley, o antiprotón e antineutrón.[1]

Mas a primeira vez que se pôde falar propriamente de antimateria , isto é, de matéria" composta por antipartículas, foi em 1965, quando duas equipas conseguiram criar um antideuterón, uma antipartícula composta por um antiprotón e um antineutrón. A antipartícula foi conseguida no Acelerador Protón Sincrotrón do CERN, a cargo de Antonino Zichichi, e paralelamente por Leon Lederman, no acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) do Laboratonio Nacional de Brookhaven, em Nova York.[5]

Em 1995, o CERN anunciou a criação de nove átomos de antihidrógeno no experimento PS210, liderado por Walter Oelert e Mario Macri, e o Fermilab confirmou o facto, anunciando pouco depois a criação a sua vez de 100 átomos de antihidrógeno.

F. J Hartmann, da Universidade Técnica de Munich, e uma equipa de pesquisadores japoneses informaram da criação de um átomo composto de matéria e antimateria chamado helio antiprotónico \overline{\mathrm{^3He}}. Este átomo constava de dois protones, dois neutrones, um elétron e um antiprotón em lugar do segundo elétron. O átomo sobreviveu 15 millonésimas de segundo[6]

Produção e custo da antimateria

A antimateria é a substância mais cara do mundo, com um custo estimado de uns 60.000 milhões de USD o miligramo.[7] [8] A produção de antimateria, além de consumir enormes quantidades de energia, é muito pouco eficiente, ao igual que a capacidade de armazenamento, que rodada só o 1% das partículas criadas. Ademais, como a antimateria aniquila-se ao contacto com a matéria, as condições de armazenamento —confinamiento mediante campos electromagnéticos—, têm igualmente um custo elevado.

Outra estimativa de seu custo deu-a o CERN, quando disse que tinha custado alguns centos de milhões de francos suíços a produção de uma milmillonésima de grama.[9]

Devido a isto, alguns estudos da NASA propõem colectar mediante campos magnéticos a antimateria que se gera de forma natural nos Cintos de Vão Allen da Terra, ou inclusive nos cintos dos grandes planetas gasosos como Júpiter.[10]

Também se trabalha em melhorar a tecnologia de almacenaje de antimateria. O Dr. Masaki Hori tem anunciado um método de confinamiento de antiprotones por radiofrequência, o que segundo suas palavras poderia reduzir o contêiner ao tamanho de uma papelera.[11]

Em novembro de 2008 a doutora Hui Chen do Lawrence Livermore National Laboratory dos Estados Unidos anunciou que ela e sua equipa teriam criado positrones ao fazer incidir um breve ainda que intenso pulso laser através de uma lâmina de ouro branco de poucos milímetros de espessura, isto teria ionizado ao material e acelerado seus elétrons. Os elétrons acelerados emitiram quantos de energia, que ao decaer deram lugar a partículas materiais, dando também como resultado positrones.[12]

Usos da antimateria

Conquanto a antimateria está longe de ser considerada uma opção por sua abrumador custo e as dificuldades tecnológicas inherentes a sua manipulação, as antipartículas sim estão a encontrar usos práticos: a Tomografía por emissão de positrones é já uma realidade. Também se pesquisa seu uso em terapias contra o cancro, já que um estudo do CERN tem descoberto que os antiprotones são mais quatro vezes efectivos que os protones na destruição de tecido canceroso,[13] e se especula inclusive com a ideia de desenhar microscopios de antimateria, supostamente mais sensíveis que os de matéria ordinária.[14] Mas o maior interesse pela antimateria centra-se em suas aplicações como combustível (ou inclusive para armamento), pois a aniquilación de uma partícula com uma antipartícula gera energia pura segundo a equação de Einstein E=mc² A energia gerada por quilo (9×1016 J/kg), é umas dez mil milhões de vezes maior que a gerada por reacções químicas, dez mil vezes maior que a energia nuclear de fisión, e umas cem vezes maior que a energia nuclear de fusão.[15]

Por exemplo, estima-se que só seriam necessários 10 miligramos de antimateria para propulsar uma nave a Marte[16]

Não obstante, há que indicar que estas cifras não têm em conta que aproximadamente o 50% da energia se dissipa em forma de emissão de neutrinos , pelo que na prática teria que reduzir as cifras à metade.[17]

Antigravedad

Ainda não se conhece o comportamento das antipartículas em um campo gravitatorio: isto poder-se-ia observar comprovando se um faz horizontal de positrones ou de antiprotones provenientes de um acelerador se curva para acima ou para abaixo no campo gravitatorio da Terra, mas estas partículas produzidas por colisões se deslocam a velocidades próximas à da luz no vazio, pelo que a curvatura a observar estaria na ordem de um diâmetro nuclear por quilómetro de longitude do faz (0, 000 000 000 000 1 cm), e por agora não é possível medir curvas tão pequenas.

Se as antipartículas ou a antimateria movessem-se em sentido inverso à matéria comum em um campo gravitatorio, jogar-se-ia por terra o princípio de equivalencia e com ele à teoria geral da relatividad, ainda que não outras teorias relativistas da gravitación.[18]

Antimateria na ciência ficção

Como é lógico, a capacidade energética da antimateria, unida ao exótico de seu conceito, a converteu em um referente em obras futuristas ou de ciência ficção, tanto em combustíveis como armamentos. Recentemente ademais especulou-se com o perigo dos aceleradores de partículas como método de gerar antimateria, por seu possível roubo com fins terroristas no livro Anjos e demónios de Dão Brown. Ainda que provavelmente a nave mais popular que utiliza antimateria como combustível seja a Enterprise da saga Star Trek.

Veja-se também

Referências

  1. ↑ a b «A Antimateria».
  2. ↑ Difference in direct charge-parity violation between charged and neutro B meson decays,Nature 452, 332-335 (20 de março de 2008)
  3. ↑ «Ciência Kanija » Nova teoria do Universo encaixa dois dos maiores mistérios».
  4. ↑ «The History fo Antimatter - Antimatter in Cosmology - AMS».
  5. ↑ «The History fo Antimatter - from 1928 to 1995».
  6. ↑ «Os físicos tentam criar átomos de antimateria · ELPAÍS.com».
  7. ↑ «Antimatter and Fusion for rocket propulsion». NASA. Consultado o 21-08-2008.
  8. ↑ «The monetary density of things - Evil Mad Scientist Laboratories».
  9. ↑ «Antimatter Questions and Answers».
  10. ↑ «Extraction of Antiparticles Concentrated in Planetary Magnetic Fields» (pdf). NASA. Consultado o 24-05-2008.
  11. ↑ http://www.cienciakanija.com/2007/08/14/projecto-para-armazenar-antimateria-em-uma-“papelera”/
  12. ↑ «Billions of particles of anti-matter created inlaboratory ».
  13. ↑ «A antimateria é eficaz contra o cancro».
  14. ↑ «O raio de antimateria mais poderoso do mundo».
  15. ↑ «Motores de Antimateria».
  16. ↑ «A NASA planea utilizar antimateria para viajar a Marte».
  17. ↑ «Comparison of Fusion/Antiproton Propulsion systems» (pdf). NASA. Consultado o 24-05-2008.
  18. ↑ George Gamow (1962), Gravity, Doubleday & Company, New York; Gravidade, Editorial Universitária de Buenos Aires, 1963, Antigravedad, páginas 124 a 128.

Enlaces externos

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