doi.org/10.1038/s41586-024-07912-0
Credibilidade: 999
#Antimatéria
A maioria dos átomos é feita de prótons carregados positivamente, nêutrons neutros e elétrons carregados negativamente. Positrônio é um átomo exótico composto de um único elétron negativo e um pósitron de antimatéria carregado positivamente. Ele tem vida naturalmente muito curta, mas pesquisadores, incluindo aqueles da Universidade de Tóquio, resfriaram e desaceleraram com sucesso amostras de positrônio usando lasers cuidadosamente ajustados.
As descobertas foram publicadas na revista Nature. Eles esperam que essa pesquisa ajude outros a explorar formas exóticas de matéria, e que essa pesquisa possa desvendar os segredos da antimatéria.
Parte do nosso universo está faltando. Você pode ter ouvido uma declaração tão bizarra se leu muito sobre cosmologia nas últimas décadas. A razão pela qual os cientistas dizem isso é porque quase todas as coisas que vemos no universo são feitas de matéria, incluindo você e o planeta em que está.
No entanto, há muito tempo sabemos sobre a antimatéria, que, como o nome sugere, é uma espécie de oposto da matéria regular, pois as partículas de antimatéria compartilham a mesma massa e outras propriedades de suas contrapartes de matéria, mas têm uma carga oposta. Quando partículas de matéria e antimatéria colidem, elas se aniquilam, e acredita-se amplamente que elas foram criadas em quantidades iguais no início dos tempos. Mas não é isso que vemos agora.
“A física moderna só responde por uma parte da energia total do universo. O estudo da antimatéria pode nos ajudar a explicar essa discrepância, e acabamos de dar um grande passo nessa direção com nossa pesquisa mais recente”, disse o professor associado Kosuke Yoshioka do Photon Science Center.
“Nós desaceleramos e resfriamos com sucesso átomos exóticos de positrônio, que é 50% antimatéria. Isso significa que, pela primeira vez, ele pode ser explorado de maneiras antes impossíveis, e isso necessariamente incluirá um estudo mais profundo da antimatéria.”
Positrônio parece algo saído diretamente da ficção científica e, apesar de ter vida muito curta, é algo muito real. Pense nele como o átomo familiar hidrogênio, com seu próton central, carregado positivamente e relativamente grande e seu pequeno elétron carregado negativamente em órbita, exceto que você troca o próton pela versão antimatéria do elétron, o pósitron.
Isso produz um átomo exótico que é eletricamente neutro, mas não tem um núcleo grande; em vez disso, o elétron e o pósitron existem em órbita mútua, tornando-o um sistema de dois corpos.
Até mesmo o hidrogênio é um sistema multicorpo, pois um próton é na verdade três partículas menores, chamadas quarks, grudadas. E como o positrônio é um sistema de dois corpos, ele pode ser completamente descrito por teorias matemáticas e físicas tradicionais, tornando-o ideal para testar previsões com extrema precisão.
“Para pesquisadores como nós, envolvidos no que é chamado de espectroscopia de precisão, ser capaz de examinar precisamente as propriedades do positrônio resfriado significa que podemos compará-las com cálculos teóricos precisos de suas propriedades”, disse Yoshioka.
“O positrônio é um dos poucos átomos compostos inteiramente de apenas duas partículas elementares, o que permite cálculos tão exatos. A ideia de resfriar o positrônio já existe há cerca de 30 anos, mas um comentário casual do aluno de graduação Kenji Shu, que agora é professor assistente no meu grupo, me levou a aceitar o desafio de alcançá-lo, e finalmente conseguimos.”
Yoshioka e sua equipe tiveram várias dificuldades para superar ao tentar resfriar o positrônio. Primeiro, há a questão de sua vida curta: um décimo milionésimo de segundo. Segundo, há sua massa extremamente leve. Como é tão leve, você não pode usar uma superfície física fria ou outra substância para resfriar o positrônio, então a equipe usou lasers.
Você pode pensar que os lasers são muito quentes, mas, na verdade, eles são apenas pacotes de luz, e é a maneira como a luz é usada que determina o impacto físico que ela tem em algo. Neste caso, um laser fraco e finamente ajustado empurra suavemente um átomo de positrônio na direção oposta ao seu movimento, desacelerando-o e resfriando-o no processo.
Fazer isso repetidamente e em apenas um décimo milionésimo de segundo resfriou porções de gás positrônio até cerca de 1 grau acima do zero absoluto (-273 graus Celsius), o mais frio que qualquer coisa pode ficar. Dado que o gás positrônio está a 600 Kelvin, ou 327 graus Celsius, antes de esfriar, essa é uma mudança bastante dramática em um espaço de tempo tão curto.
“Nossas simulações de computador baseadas em modelos teóricos sugerem que o gás positrônio pode ser ainda mais frio do que podemos medir atualmente em nossos experimentos. Isso implica que nosso laser de resfriamento exclusivo é muito eficaz na redução da temperatura do positrônio e o conceito pode, esperançosamente, ajudar os pesquisadores estudando outros átomos exóticos”, disse Yoshioka.
“Este experimento usou um laser em apenas uma dimensão, no entanto, e se utilizarmos todas as três, podemos medir as propriedades do positrônio com ainda mais precisão. Esses experimentos serão significativos porque podemos estudar o efeito da gravidade na antimatéria. Se a antimatéria se comportar de forma diferente da matéria regular devido à gravidade, isso pode ajudar a explicar por que parte do nosso universo está faltando.”
Publicado em 12/09/2024 17h14
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