Anti-matéria: novo método fornece “uma grande vantagem experimental ‘

07 de Janeiro de 2013 | Fonte: Journal of Physics B: Física Atómica, Molecular e Óptica | IOP Institute of Physics, Reino Unido.

Os pesquisadores propuseram um método de arrefecimento do anti-hidrogénio capturado que poderá fornecer “uma grande vantagem experimental” e ajudar a mapear as propriedades misteriosas da antimatéria que até à data permanecem imprecisas.

Créditos IOP Institute of Physics

O novo método, desenvolvido por um grupo de pesquisadores dos EUA e do Canadá, poderia arrefecer os átomos de anti-hidrogénio capturados a temperaturas 25 vezes mais frias das que já foram alcançadas, tornando-os muito mais estáveis e muito mais fáceis de submeter à experimentação.

O método sugerido, publicado a 07 de Janeiro de 2013, no Jornal IOP Publishing de Física B: Física Atómica, Molecular e Óptica, implica um laser que é dirigido aos átomos de anti-hidrogénio para dar-lhes um ‘pontapé’, levando-os a perder energia e a arrefecerem.

Os átomos de anti-hidrogénio são formados numa armadilha de ultra-alto vácuo, injectando anti-protões num plasma de positrões (a anti partícula do electrão). Um processo atómico faz com que o anti-protão capture um positrão que resulta num átomo de anti-hidrogénio excitado electronicamente.

Tipicamente, os átomos de anti-hidrogénio têm uma grande quantidade de energia em comparação com a profundidade de aprisionamento, o que pode distorcer as medições das suas propriedades. [Note-se que a profundidade da armadilha é a energia mínima que é necessária para libertar a carga da armadilha. Ela é escolhida para ser suficientemente grande para que a taxa de detrapping (libertação da armadilha) seja muito baixa à temperatura ambiente]. Como só é possível aprisionar muito poucos átomos de anti-hidrogénio, o principal método para a redução das altas energias é o de arrefecer os átomos a laser logrando-se assim obter temperaturas extremamente baixas.

Co-autor do estudo, o Professor Francis Robicheaux da Universidade de Auburn, nos EUA, disse: “Ao reduzir a energia do anti-hidrogénio, deve ser possível realizar medições mais precisas de todos os seus parâmetros. O nosso método proposto pode reduzir a energia média do anti-hidrogénio capturado por um factor superior a 10.

O objectivo final das experiências com o anti-hidrogénio é comparar as suas propriedades com as do hidrogénio. Anti-hidrogénio mais frio será um passo importante para alcançar este objectivo. ”

Este processo, conhecido como arrefecimento Doppler, é um método estabelecido para arrefecer os átomos (da matéria). No entanto, devido aos parâmetros restritos necessários para capturar a anti-matéria, os investigadores necessitam de ter a certeza absoluta de que este é possível.

“Não é fácil obter a quantidade necessária de luz do laser no comprimento de onda específico de 121 nm. Mesmo depois de se obter a luz, será difícil misturá-la numa experiência de armadilha de anti-hidrogénio. Ao fazer os cálculos, nós mostramos que esse esforço vale a pena “, continuou o professor Robicheaux.

Através duma série de simulações de computador, mostraram que os átomos de anti-hidrogénio podem ser arrefecidos a cerca de 20 millikelvin; átomos aprisionados anti-hidrogénio até agora tinham energias até 500 millikelvin. [1 Kelvin de Escala = 1.000 millikelvins, ou 10^-3 kelvin].

Em 2011, os cientistas do CERN informarem que tinham capturado anti-matéria durante um tempo superior a 1000 segundos – um recorde. Um ano depois, realizavam-se as primeiras experiências com anti-hidrogénio, enquanto este se mantinha capturado numa série de magnetes.

Ainda que os processos que controlam o aprisionamento sejam essencialmente desconhecidos, os investigadores confiam que a refrigeração por laser deverá aumentar a quantidade de tempo em que o anti-hidrogénio pode permanecer capturado.

“O que quer que os processos sejam, estando mais lento em movimento, e mais profundamente preso, o anti-hidrogénio deve diminuir a taxa de perda”, adiantou o Professor Robicheaux.

O átomos de anti-hidrogénio mais frios podem também ser usados ​​para medir a propriedade gravítica da antimatéria.

“Ninguém jamais observou a anti-matéria realmente cair no campo da gravidade”, declarou  o co-autor Dr. Makoto Fujiwara do TRIUMF, o Laboratório Nacional do Canadá de Partículas e Física Nuclear. “O arrefecimento a laser seria um passo muito significativo para tal observação.”

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A anti-matéria de relance:

>Cada partícula tem uma anti-partícula. Por exemplo, a anti-partícula do electrão é o positrão e anti-partícula do protão é o antiprotão.

>Uma anti-partícula é exactamente o mesmo do que a sua partícula correspondente, mas carrega uma carga eléctrica oposta.

>Se uma partícula e sua anti-partícula correspondente se encontram, destroem-se mutuamente. Este processo é conhecido como aniquilação.

>A combinação dum positrão e dum antiprotão cria o anti-hidrogénio.

>A teorização sugere que, após o Big Bang, devem-se ter formado quantidades iguais de matéria e de anti-matéria. Como hoje o Universo é composto quase inteiramente de matéria, continua a ser um grande mistério porque não temos essa simetria.

>Cientistas como os da colaboração ALPHA no CERN vêm tentando medir as propriedades de anti-hidrogénio para encontrar indícios dos mecanismos que levam à existência desta assimetria.

Podem ler o original desta notícia do IOP aqui.

Átomo de Hidrogénio e átomo de anti-hidrogénio. De notar que o positrão tem a mesma amplitude de probabilidade de posição e de momentum do que o seu congénere electrão. Em linguagem mais simples, aparecem e desaparecem em posições idênticas em relação ao núcleo. Este diagrama não está à escala. Caso os nucleões tivessem este tamanho os electrões estariam numa amplitude de probabilidade dista cerca de 2 quilómetros dos núcleos, Os núcleos estão por sua vez mal representados, mas como abordagem simétrica e simplista o diagrama tem validade.