Como átomos congelados a laser podem ajudar no estudo da antimatéria

Os cientistas parecem ter encontrado uma nova abordagem para estudar a antimatéria, o chamado positrônio. Pelo menos é o que diz um recente estudo liderado pelo Dr. Ruggero Caravita da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN).

Os pesquisadores revelaram a capacidade de congelar átomos de positrônio utilizando lasers. O positrônio, um átomo extremamente raro, demonstrou ser um componente crucial para experimentos envolvendo antimatéria.

“Os físicos estão entusiasmados com o positrônio”, explicou Caravita, destacando sua importância para experimentos antimatéria. O positrônio é um átomo perfeito para essas investigações, pois consiste em uma combinação de matéria e antimatéria.

Por exemplo, enquanto o elétron possui carga negativa, seu homólogo na antimatéria, o pósitron, tem carga positiva e massa semelhante.

Embora a antimatéria tenha sido inicialmente criada em quantidades equivalentes à matéria bariônica, sua presença atual no universo é escassa.

Compreender por que há uma predominância de matéria bariônica e uma quantidade tão limitada de antimatéria pode fornecer insights valiosos para desenvolver uma teoria mais abrangente sobre a evolução do cosmos.

Nesse contexto, o positrônio desempenha um papel fundamental. Sua natureza exótica, composta por matéria e antimatéria, oferece uma oportunidade única para explorar possíveis disparidades entre os dois.

Como observou Lisa Gloggler, membro da equipe de pesquisa, a simplicidade do positrônio pode permitir a detecção mais clara de qualquer diferença entre matéria e antimatéria em comparação com sistemas mais complexos.

[Press Update] AEgIS experiment paves the way for new set of antimatter studies by laser-cooling positronium

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— CERNpress (@CERNpress) February 22, 2024

O que é antimatéria?

A antimatéria é uma forma de matéria composta por antipartículas, que são análogas às partículas de matéria comuns, mas com cargas elétricas opostas.

Por exemplo, enquanto os elétrons têm carga negativa, as antipartículas correspondentes, chamadas pósitrons, têm carga positiva. Da mesma forma, prótons têm carga positiva, enquanto antiprótons têm carga negativa.

Quando uma partícula de matéria se encontra com sua antipartícula correspondente, ocorre a aniquilação, resultando na liberação de energia na forma de radiação eletromagnética, como raios gama.

Esse processo é altamente energético e é característico da interação entre matéria e antimatéria.

Apesar de ser teoricamente simétrica à matéria, a antimatéria é rara no universo observável.

Sua existência é confirmada em laboratório, onde pode ser produzida em pequenas quantidades, mas até o momento não foi encontrada em grandes quantidades no cosmos.

O estudo da antimatéria é crucial para compreender melhor a estrutura fundamental do universo e os processos que regem sua evolução.

Desafios do positrônio

Via Canaltech

Considerando essa descoberta para estudar a antimatéria, também é importante avaliar os desafios que acompanham o componente.

Isso ocorre devido à sua natureza como o átomo mais leve conhecido, com seus componentes em movimento rápido, que desaceleram quando resfriados.

Até recentemente, o positrônio só havia sido resfriado até cerca de 100 ºC no vácuo. No entanto, a equipe responsável por um novo estudo conseguiu avançar nesse sentido, resfriando-o a mais de -100 ºC usando tecnologia de resfriamento a laser.

Para que o positrônio seja útil em pesquisas, é necessário resfriá-lo a temperaturas em torno de -260 ºC.

Uma tecnologia como essa precisa de manuseio cuidadoso, e somente uma grande instituição como o CERN conseguirá manipulá-lo nesse momento. Dessa forma, as possibilidades se restringem um pouco à localização, sem que outras equipes consigam avançar satisfatoriamente na descoberta.

Apesar disso, o professor Michael Charlton, da Universidade de Swansea, considera os resultados alcançados como um passo inicial muito encorajador.

Ele aponta que essa possibilidade abre portas para entrar em uma nova era da física do positrônio, com possibilidades ‘empolgantes’ para novos testes e capítulos na ciência.

Os achados desse estudo foram divulgados na revista Physical Review Letters, e estão disponíveis para todos os usuários.

Fonte: Canaltech

Imagens: Canaltech, Twitter