Anti - Hidrogênio
Em 1928, o físico Paul Dirac propôs que cada partícula de matéria deveria ter uma contraparte de antimatéria. Mas logo após o big bang, a maior parte da antimatéria desapareceu, deixando para trás a pequena porção de matéria que constitui o universo em que vivemos hoje. O que aconteceu para afastar a balança da antimatéria é um dos maiores quebra-cabeças da física. Os astrônomos procuram antimatéria no espaço, mas é difícil encontrar na Terra. Então, para estudá-lo, os físicos precisam fazê-lo eles mesmos. E como a antimatéria se aniquila em um flash de energia quando interage com a matéria regular, armazená-la representa um desafio.
A contraparte de antimatéria para o átomo mais simples, o hidrogênio, é um átomo de anti-hidrogênio neutro, que consiste em um pósitron carregado positivamente orbitando um antipróton carregado negativamente. Em 1995, físicos do CERN anunciaram que haviam criado com sucesso os primeiros átomos de anti-hidrogênio no Low Energy Antiproton Ring (LEAR). Os pesquisadores permitiram que antiprótons circulando dentro do LEAR colidissem com átomos de um elemento pesado. Quaisquer antiprótons passando perto o suficiente de núcleos atômicos pesados poderiam criar um par elétron-pósitron; em uma pequena fração de casos, o antipróton se ligaria ao pósitron para formar um átomo de anti-hidrogênio. As antipartículas eram altamente energéticas; cada um viajou quase à velocidade da luz por um caminho de 10 metros e depois foi aniquilado com matéria comum após cerca de quarenta bilionésimos de segundo. Embora a criação do anti-hidrogênio tenha sido uma grande conquista, os átomos eram muito energéticos – muito “quentes” – e não se prestavam a um estudo fácil. Para entender os átomos de antimatéria, os físicos do CERN precisavam de mais tempo para interagir com eles. Então eles desenvolveram técnicas para capturar e aprisionar o anti-hidrogênio por períodos mais longos. O Antiproton Decelerator estabelecido no CERN no final da década de 1990 começou a fornecer antiprótons de baixa energia e movimento mais lento para experimentos de antimatéria.
Nesses experimentos, campos elétricos e magnéticos mantêm os antiprótons separados dos pósitrons em um vácuo quase perfeito que os mantém longe da matéria regular. Os antiprótons passam por um gás de elétrons denso, o que os desacelera ainda mais. Quando a energia é baixa o suficiente, os físicos do experimento ALPHA usam o potencial elétrico para empurrar os antiprótons para uma nuvem de pósitrons suspensa no vácuo. Os dois tipos de antipartículas carregadas se combinam em átomos de anti-hidrogênio de baixa energia. Como os átomos de anti-hidrogênio não têm carga elétrica, o campo elétrico não pode mais mantê-los no lugar. Então, em vez disso, dois ímãs supercondutores geram um forte campo magnético que aproveita as propriedades magnéticas do anti-hidrogênio. Se os átomos de anti-hidrogênio tiverem uma energia suficientemente baixa, eles podem permanecer nessa “garrafa” magnética por muito tempo. Atualmente, a única maneira de saber se a antimatéria foi realmente aprisionada é deixá-la aniquilar com a matéria regular. Quando os ímãs são desligados, os átomos de anti-hidrogênio escapam de sua armadilha e se aniquilam rapidamente com os lados da armadilha. Detectores de silício captam a chama energética para identificar a posição do antiátomo. Só então os físicos podem ter certeza de que prenderam o anti-hidrogênio.
Em junho de 2011, a ALPHA informou que conseguiu prender átomos de antimatéria por mais de 16 minutos. Na escala dos tempos de vida atômicos, isso foi um tempo muito longo – tempo suficiente para começar a estudar suas propriedades em detalhes. Por comparações precisas de hidrogênio e anti-hidrogênio, vários grupos experimentais esperam estudar as propriedades do anti-hidrogênio e ver se ele tem as mesmas linhas espectrais do hidrogênio. Um grupo, o AEGIS, tentará até medir g, a constante de aceleração gravitacional, como experimentada por átomos de anti-hidrogênio. Quanto mais tempo esses experimentos puderem capturar o anti-hidrogren, com mais precisão eles poderão medi-lo, e o físico estará mais perto de desmistificar a antimatéria. Uma nova instalação chamada ELENA permite que todos os experimentos que trabalham no Antiproton Decelerator obtenham menos energia e feixes de antipróton mais abundantes, tornando ainda mais fácil produzir anti-hidrogênio em grandes quantidades.
A contraparte de antimatéria para o átomo mais simples, o hidrogênio, é um átomo de anti-hidrogênio neutro, que consiste em um pósitron carregado positivamente orbitando um antipróton carregado negativamente. Em 1995, físicos do CERN anunciaram que haviam criado com sucesso os primeiros átomos de anti-hidrogênio no Low Energy Antiproton Ring (LEAR). Os pesquisadores permitiram que antiprótons circulando dentro do LEAR colidissem com átomos de um elemento pesado. Quaisquer antiprótons passando perto o suficiente de núcleos atômicos pesados poderiam criar um par elétron-pósitron; em uma pequena fração de casos, o antipróton se ligaria ao pósitron para formar um átomo de anti-hidrogênio. As antipartículas eram altamente energéticas; cada um viajou quase à velocidade da luz por um caminho de 10 metros e depois foi aniquilado com matéria comum após cerca de quarenta bilionésimos de segundo. Embora a criação do anti-hidrogênio tenha sido uma grande conquista, os átomos eram muito energéticos – muito “quentes” – e não se prestavam a um estudo fácil. Para entender os átomos de antimatéria, os físicos do CERN precisavam de mais tempo para interagir com eles. Então eles desenvolveram técnicas para capturar e aprisionar o anti-hidrogênio por períodos mais longos. O Antiproton Decelerator estabelecido no CERN no final da década de 1990 começou a fornecer antiprótons de baixa energia e movimento mais lento para experimentos de antimatéria.
Nesses experimentos, campos elétricos e magnéticos mantêm os antiprótons separados dos pósitrons em um vácuo quase perfeito que os mantém longe da matéria regular. Os antiprótons passam por um gás de elétrons denso, o que os desacelera ainda mais. Quando a energia é baixa o suficiente, os físicos do experimento ALPHA usam o potencial elétrico para empurrar os antiprótons para uma nuvem de pósitrons suspensa no vácuo. Os dois tipos de antipartículas carregadas se combinam em átomos de anti-hidrogênio de baixa energia. Como os átomos de anti-hidrogênio não têm carga elétrica, o campo elétrico não pode mais mantê-los no lugar. Então, em vez disso, dois ímãs supercondutores geram um forte campo magnético que aproveita as propriedades magnéticas do anti-hidrogênio. Se os átomos de anti-hidrogênio tiverem uma energia suficientemente baixa, eles podem permanecer nessa “garrafa” magnética por muito tempo. Atualmente, a única maneira de saber se a antimatéria foi realmente aprisionada é deixá-la aniquilar com a matéria regular. Quando os ímãs são desligados, os átomos de anti-hidrogênio escapam de sua armadilha e se aniquilam rapidamente com os lados da armadilha. Detectores de silício captam a chama energética para identificar a posição do antiátomo. Só então os físicos podem ter certeza de que prenderam o anti-hidrogênio.
Em junho de 2011, a ALPHA informou que conseguiu prender átomos de antimatéria por mais de 16 minutos. Na escala dos tempos de vida atômicos, isso foi um tempo muito longo – tempo suficiente para começar a estudar suas propriedades em detalhes. Por comparações precisas de hidrogênio e anti-hidrogênio, vários grupos experimentais esperam estudar as propriedades do anti-hidrogênio e ver se ele tem as mesmas linhas espectrais do hidrogênio. Um grupo, o AEGIS, tentará até medir g, a constante de aceleração gravitacional, como experimentada por átomos de anti-hidrogênio. Quanto mais tempo esses experimentos puderem capturar o anti-hidrogren, com mais precisão eles poderão medi-lo, e o físico estará mais perto de desmistificar a antimatéria. Uma nova instalação chamada ELENA permite que todos os experimentos que trabalham no Antiproton Decelerator obtenham menos energia e feixes de antipróton mais abundantes, tornando ainda mais fácil produzir anti-hidrogênio em grandes quantidades.
Créditos: Cern
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