Explicamos o que é a antimatéria, como foi descoberta, suas propriedades, diferenças com a matéria e onde é encontrada.
O que é antimatéria?
Na física de partículas, a antimatéria é conhecida como tipo de material feito de antipartículas, em vez de partículas comuns. É um tipo de assunto menos frequente.
A antimatéria é muito semelhante à matéria comum, sendo a única diferença na carga elétrica das partículas e em alguns números quânticos. Assim, um antielétron, também chamado pósitron, É a antipartícula do elétron, que tem as mesmas propriedades exceto a carga, que é positiva. Os antinêutrons, por sua vez, são neutros (como os nêutrons), mas seus momentos magnéticos são opostos. Finalmente, os antiprótons diferem dos prótons por terem carga negativa.
Ao interagir, antimatéria e matéria se aniquilam após alguns instantes, liberando enormes quantidades de energia na forma de fótons de alta energia (raios gama) e outros pares partícula-antipartícula de partículas elementares.
Nos estudos de física, a distinção entre partículas e antipartículas é feita por meio de uma barra horizontal (macron) sobre os símbolos correspondentes ao próton (p), elétron (e) e nêutron (n).
Átomos feitos de antipartículas não existem naturalmente na natureza porque eles se aniquilariam com a matéria comum. Apenas uma quantidade muito pequena foi criada com sucesso em experimentos destinados a formar antiátomos.
Veja também: modelos atômicos
descoberta da antimatéria
A existência da antimatéria Foi teorizado em 1928 pelo físico inglês Paul Dirac. (1902-1984) quando propôs formular uma equação matemática que combinasse os princípios da relatividade de Albert Einstein com os da física quântica de Niels Bohr.
Este árduo trabalho teórico foi resolvido com sucesso e a partir daí chegou à conclusão de que deveria haver uma partícula análoga ao elétron, mas com carga elétrica positiva. Essa primeira antipartícula foi chamada de antielétron e hoje se sabe que seu encontro com um elétron comum leva à aniquilação mútua e à geração de fótons (raios gama).
Portanto, foi possível pensar na existência de antiprótons e antinêutrons. A Teoria de Dirac foi confirmada em 1932, quando os pósitrons foram descobertos na interação entre os raios cósmicos e a matéria comum.
Desde então, a aniquilação mútua de um elétron e um anti-elétron foi observada. Seu encontro constitui um sistema conhecido como positrônio, meia-vida nunca superior a 10-10 o 10-7 segundos.
Mais tarde, no acelerador de partículas de Berkeley (Califórnia, 1955) Produz antiprótons e antinêutrons através de colisões atômicas de alta energia, seguindo a fórmula de Einstein de E = mc2 (energia é igual a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado).
De maneira semelhante, em 1995 o primeiro antiátomo foi obtido Agradecimentos à Organização Européia para Pesquisa Nuclear (CERN). Esses físicos europeus conseguiram criar um hidrogênio de antimatéria ou átomo de anti-hidrogênio, formado por um pósitron orbitando um antipróton.
propriedades da antimatéria
Pesquisas recentes sobre antimatéria sugerem que é uma matéria tão estável quanto a matéria comum. Porém, suas propriedades eletromagnéticas são inversas às da matéria.
Não foi fácil estudá-lo em profundidade, dados os enormes custos monetários envolvidos em sua produção em laboratório (cerca de US$ 62,5 bilhões por miligrama criado) e sua curtíssima duração.
O caso mais bem-sucedido de criação de antimatéria em laboratório durou cerca de 16 minutos.. Mesmo assim, essas experiências recentes nos permitiram intuir que matéria e antimatéria podem não ter exatamente as mesmas propriedades.
Onde é encontrada a antimatéria?
Este é um dos mistérios da antimatéria, para o qual existem muitas explicações possíveis. A maioria das teorias sobre a origem do universo aceita que no início havia proporções semelhantes de matéria e antimatéria.
Porém, atualmente, o universo observável parece ser composto apenas de matéria comum. As possíveis explicações para essa mudança apontam para as interações de matéria e antimatéria com a matéria escura, ou para uma assimetria inicial entre a quantidade de matéria e antimatéria produzida durante o Big Bang.
O que sabemos é que nos anéis de Van Allen do nosso planeta são realizadas produções naturais de antipartículas. Esses anéis estão localizados a cerca de dois mil quilômetros da superfície e reagem dessa maneira quando os raios gama atingem a atmosfera externa.
Essa antimatéria tende a se aglomerar, já que não há matéria comum suficiente naquela região para se aniquilar, e alguns cientistas acham que esse recurso poderia ser usado para “extrair” antimatéria.
Para que serve a antimatéria?
A antimatéria ainda não tem muitos usos práticos nas indústrias humanas, devido aos seus custos muito elevados e à exigente tecnologia envolvida em sua produção e manuseio. No entanto, certas aplicações já são uma realidade.
Por exemplo, exames de tomografia por emissão de pósitrons (PET) são realizados, o que sugere que o uso de antiprótons no tratamento do câncer é possível e talvez mais eficaz do que as técnicas atuais com prótons (radioterapia).
Porém, a principal aplicação da antimatéria é como fonte de energia. De acordo com as equações de Einstein, a aniquilação de matéria e antimatéria libera tanta energia que um quilograma de matéria/antimatéria se aniquilando seria dez bilhões de vezes mais produtivo do que qualquer reação química e dez mil vezes mais do que a fissão nuclear.
Se fosse possível controlar e aproveitar essas reações, todas as indústrias e até o transporte seriam modificados. Por exemplo, dez miligramas de antimatéria poderiam impulsionar uma espaçonave para Marte.
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Referências
- “Antimatéria” na Wikipédia.
- “O que é antimatéria?” na ABC Science.
- “Antimatéria” em O Universo e o Homem.
- “Antimatéria” no CERN Acelerando a Ciência.
- “Antimatéria” no Instituto de Física do IOP.
- “Antimatéria (Física)” na Enciclopédia Britânica.