Os pesquisadores acreditam que a técnica permitirá que eles estudem algumas das simetrias fundamentais do universo.
Os pesquisadores resfriaram a antimatéria a quase zero absoluto pela primeira vez – capturando-a em uma armadilha magnética e explodindo-a com luz laser concentrada.
O método permitiu que cientistas canadenses que trabalhavam no experimento do Aparelho de Física a Laser Anti-hidrogênio (ALPHA) do CERN resfriassem a antimatéria a temperaturas apenas um vigésimo de grau acima do zero absoluto, tornando-a mais de 3.000 vezes mais fria do que a temperatura mais fria registrada na Antártica.
Em teoria, essa antimatéria extra-resfriada poderia ajudar a revelar alguns dos maiores segredos do universo, como a forma como a antimatéria é afetada pela gravidade e se algumas das simetrias teóricas fundamentais propostas pela física são reais.
A antimatéria é o oposto etéreo da matéria regular. A teoria da antimatéria foi apresentada pela primeira vez por Paul Dirac em 1928 e foi descoberta apenas quatro anos depois. As partículas de antimatéria são idênticas a seus gêmeos de matéria, exceto por suas propriedades físicas espelhadas – onde um elétron tem uma carga negativa, sua contraparte de antimatéria, o pósitron, tem uma carga positiva. A razão pela qual não encontramos a antimatéria com tanta freqüência como fazemos com a matéria normal é que as duas se aniquilam no contato, tornando extremamente difícil armazenar e estudar a antimatéria quando vivemos em um mundo material.
No entanto, por meio de uma série de talentos técnicos engenhosos, os pesquisadores foram capazes de fazer exatamente isso. Depois de acelerar as partículas regulares de matéria para perto da velocidade da luz e, em seguida, esmagá-las juntas, a equipe foi capaz de criar antipartículas. A equipe então dirigiu e diminuiu a velocidade das antipartículas usando campos elétricos e magnéticos extremamente fortes. Finalmente, a equipe confinou nuvens de pósitrons e antiprótons dentro de um campo magnético até que se combinassem para formar o anti-hidrogênio. Neste ponto, os pesquisadores resfriaram a nuvem de anti-hidrogênio explodindo-a com um laser.
Mas como você resfria algo com um laser? O movimento das partículas cria calor. Portanto, o truque consiste em fazer com que os fótons (partículas de luz) no feixe de laser viajem na direção oposta das partículas de antimatéria em movimento. Como os fótons têm seu próprio momento, serem absorvidos pelo anti-hidrogênio enquanto viajam na direção oposta pode, na verdade, desacelerar o anti-hidrogênio. Mas a luz só pode interagir com a antimatéria se sintonizada nos comprimentos de onda muito específicos em que a luz pode ser absorvida por um antiatoma.
“Pense no anti-hidrogênio como uma pedra de curling e os fótons como pequenos discos de hóquei”, disse Makoto Fujiwara, porta-voz da equipe canadense da ALPHA. “Estávamos tentando desacelerar a pedra do curling disparando os discos contra ela apenas quando ela se movia em nossa direção. Isso é muito difícil em escala atômica, então aproveitamos o efeito doppler para ajustar os discos de forma que só possam interagir com a pedra quando está viajando em nossa direção, não para longe de nós ou sentada em repouso. ”
O efeito Doppler – onde o comprimento de onda da luz observado é esmagado ou alongado se a fonte de luz está viajando para perto ou para longe do observador – permitiu aos cientistas ajustar com muita precisão o comprimento de onda dos fótons para que eles só fossem absorvidos pelas partículas de anti-hidrogênio eles estavam vindo em sua direção, diminuindo a velocidade das partículas de anti-hidrogênio.
A antimatéria resfriada ajudará os pesquisadores a realizar medições muito mais precisas, abrindo uma série de experimentos para sondar alguns dos mistérios mais profundos da física. Ao lançar uma nuvem de antimatéria a uma certa distância, por exemplo, eles podem testar se ela responde à gravidade da mesma forma que a matéria normal. Ou, ao iluminar essa nuvem, eles podem comparar os níveis de energia do anti-hidrogênio aos da matéria normal com precisão sem precedentes.
Fujiwara está particularmente animado para usar sua antimatéria resfriada em um experimento de interferômetro.
“Queremos obter um anti-átomo no vácuo e dividi-lo em uma superposição quântica para que ele crie um padrão de interferência consigo mesmo”, disse Fujiwara ao Live Science. A superposição quântica permite que partículas muito pequenas, como o anti-hidrogênio, apareçam em mais de um lugar simultaneamente. Como as partículas quânticas se comportam tanto como uma partícula quanto como uma onda, elas podem interferir em si mesmas para criar um padrão de picos e depressões, muito parecido com a forma como as ondas do mar se movem através das ondas.
“Assim, podemos estudar com precisão a maneira como ele interage com outras forças e quais são suas propriedades gerais.”
A equipe também propôs enviar os anti-átomos para o espaço livre, bem como combiná-los para fabricar as primeiras moléculas de antimatéria do mundo.
Publicado em 07/04/2021 10h18
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