Informações sobre o espelho da matéria, antimatéria

Uma espaçonave da NASA detecta uma explosão de antimatéria liberada por uma tempestade na atmosfera da Terra. Crédito da imagem: NASA

A antimatéria é igual à matéria comum, exceto que tem a carga elétrica oposta. Por exemplo, um elétron, que tem carga negativa, tem um parceiro de antimatéria conhecido como pósitron. Um pósitron é uma partícula com a mesma massa de um elétron, mas com uma carga positiva. 

Partículas sem carga elétrica, como nêutrons, costumam ser seus próprios parceiros de antimatéria. Mas os pesquisadores ainda precisam determinar se as partículas minúsculas misteriosas conhecidas como neutrinos, que também são neutras, são suas próprias antipartículas.

Embora possa soar como algo saído da ficção científica, a antimatéria é real. A antimatéria foi criada junto com a matéria após o Big Bang. Mas a antimatéria é rara no universo de hoje, e os cientistas não sabem ao certo por quê.

ONDE ESTÁ A ANTIMATÉRIA E COMO É FEITA A ANTIMATÉRIA?

Os humanos criaram partículas de antimatéria usando colisões de velocidade ultra-alta em enormes aceleradores de partículas, como o Large Hadron Collider, localizado fora de Genebra e operado pelo CERN (Organização Europeia para Pesquisa Nuclear). Vários experimentos no CERN criaram o anti-hidrogênio, o gêmeo da antimatéria do elemento hidrogênio. O elemento de antimatéria mais complexo produzido até hoje é o anti-hélio, a contraparte do hélio.

Existem também antipartículas produzidas naturalmente, feitas esporadicamente em todo o universo. Mas quando a matéria e a antimatéria se encontram, elas se aniquilam e produzem energia, o que significa que em um cosmos dominado pela matéria como o nosso, a antimatéria não dura muito tempo. 

A antimatéria também está no cerne de um mistério sobre por que o universo existe. Nos primeiros momentos após o Big Bang, apenas existia energia. À medida que o universo esfriava e se expandia, partículas de matéria e antimatéria foram produzidas. Os cientistas mediram as propriedades das partículas e antipartículas com uma precisão extremamente alta e descobriram que ambas se comportam de forma idêntica. Portanto, se a antimatéria e a matéria foram criadas em quantidades iguais e se comportam de forma idêntica, toda a matéria e antimatéria criadas no início dos tempos deveriam ter sido aniquiladas com o contato, não deixando nada para trás. 

Por que a matéria passou a dominar a antimatéria é um grande mistério.

Uma teoria sugere que mais matéria do que antimatéria foi criada no início do universo, de modo que mesmo após a aniquilação mútua, havia matéria suficiente para formar estrelas, galáxias e, eventualmente, tudo na Terra. A discrepância seria muito pequena. Menos de 1 em 1 bilhão de partículas comuns teria sobrevivido ao caos e formado toda a matéria ao nosso redor hoje, de acordo com o Space.com.  

Se o neutrino, uma partícula minúscula e fantasmagórica que mal interage com outra matéria, é realmente sua própria antipartícula, essa pode ser a chave para resolver o problema. Nessa teoria, no início dos tempos, uma pequena fração de neutrinos teria sido capaz de fazer a transição da antimatéria para a matéria, criando potencialmente um pequeno desequilíbrio de matéria no início do universo. Experimentos tentaram determinar se o neutrino é sua própria antipartícula, mas até agora não foram conclusivos.

PREDIÇÃO E PRÊMIO NOBEL

O físico britânico Paul Dirac previu a antimatéria em 1928 ao tentar unificar a mecânica quântica, que descreve as partículas subatômicas, e a teoria da relatividade de Einstein. Dirac estava procurando soluções para uma equação que descreveria o movimento de um elétron viajando próximo à velocidade da luz. "Assim como a equação x² = 4 pode ter duas soluções possíveis (x = 2 ou x = menos −2), a equação de Dirac poderia ter duas soluções, uma para um elétron com energia positiva e outra para um elétron com energia negativa energia", de acordo com o CERN.

No início, Dirac hesitou em compartilhar suas descobertas. Mas, eventualmente, ele as abraçou e disse que cada partícula no universo deveria ter uma partícula de imagem espelhada que se comportasse como ela, mas tivesse uma carga oposta. 

Os pósitrons foram descobertos alguns anos depois pelo físico do Instituto Americano de Tecnologia da Califórnia Carl Anderson, que estudava raios cósmicos altamente energéticos que vêm do espaço e atingem a atmosfera da Terra, produzindo uma chuva de outras partículas. Em seu detector, Anderson testemunhou um traço de algo com a mesma massa de um elétron, mas com uma carga positiva. Um editor da revista Physical Review sugeriu o nome pósitron para a partícula, de acordo com o American Institute of Physics. 

Por seu trabalho nesta descoberta, Dirac e Anderson receberam o Prêmio Nobel de Física - Dirac em 1933 e Anderson em 1936.

NAVE ESPACIAL DE ANTIMATÉRIA?

Pois colocar matéria e antimatéria juntas produz energia, os engenheiros especularam que espaçonaves movidas a antimatéria podem ser uma maneira eficiente de explorar o universo.

A NASA estudou a possibilidade de usar veículos movidos a antimatéria para voar até Marte, mas a ideia tem algumas desvantagens. Por um lado, é muito caro.

"Uma estimativa aproximada para produzir os 10 miligramas de pósitrons necessários para uma missão humana a Marte é de cerca de 250 milhões de dólares usando a tecnologia que está atualmente em desenvolvimento", disse Gerald Smith, da Positronics Research LLC, em Santa Fé, Novo México, em um artigo de 2006 para a NASA. O custo pode parecer alto, mas ainda custa cerca de US $ 10.000 por libra para colocar algo em órbita, então uma grande nave espacial mais sua tripulação humana também teria um alto custo para lançar.

Mais recentemente, pesquisadores da NASA examinaram a possibilidade de usar a energia produzida por colisões de matéria-antimatéria para enviar uma sonda ao sistema estelar mais próximo, Alpha Centauri. A energia produzidas nas colisões permitiria ao veículo acelerar a 10% da velocidade da luz e depois diminuir o suficiente para explorar Alfa Centauri, potencialmente por décadas.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Leia sobre a descoberta e a física da antimatéria, do CERN. 
• Saiba mais sobre a assimetria matéria-antimatéria, no Fermilab. 
• Veja como o Telescópio Espacial Fermi de raios gama detecta tempestades que produzem antimatéria na atmosfera terrestre, neste vídeo da NASA.

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Referência: 

MANN, Adam. What is antimatter? Live Science, 14, dez. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/32387-what-is-antimatter.html>. Acesso em: 28, dez. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.