Antimatéria

Explicamos o que é a antimatéria, como foi descoberta, suas propriedades, diferenças com a matéria e onde é encontrada.

antimatéria física
A antimatéria é composta de antielétrons, antinêutrons e antiprótons.

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

descoberta da antimatéria paul-dirac
Paul Dirac postulou teoricamente a existência de antimatéria em 1928.

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.

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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

átomo de hidrogênio antimatéria
Os átomos de matéria e antimatéria são iguais, mas com cargas elétricas opostas.

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.

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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?

antimatéria usar pet scan
Atualmente, os pósitrons (anti-elétrons) já são usados ​​para fazer tomografias.

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.

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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.