Uma pesquisa internacional com participação brasileira consegue medir com precisão 20 vezes maior que a anterior o limite de uma possível carga elétrica do antihidrogênio, átomo de antimatéria produzida em laboratório.
© Revista Física (ilustração do experimento Alpha)
Resultados aproximam a ciência de comprovar experimentalmente conceitos teóricos. Embora prevista há décadas por diversas teorias físicas, a antimatéria não pode ser encontrada na natureza. Criada em laboratório, é de difícil estudo, pois, as partículas se aniquilam ao encontrar paredes ou matéria comum e, além disso, precisam ser resfriadas para uma análise mais cuidadosa. Esforços recentes, no entanto, vêm obtendo resultados cada vez mais promissores para a física contemporânea. Uma equipe internacional de cientistas, depois de conseguir produzir o antihidrogênio, tem aprofundado cada vez mais seu estudo, e conseguiu colocar um limite com precisão ainda maior na carga do antiátomo.
O conceito de antimatéria é do físico britânico Paul Dirac (1902-1984), e as teorias físicas mais consagradas preveem que, na grande explosão que criou o Universo, o Big Bang, matéria e antimatéria surgiram em quantidades praticamente iguais. Uma é equivalente a outra, com carga trocada; isto é, a cada partícula da matéria (por exemplo, o elétron, de carga negativa) corresponde uma partícula de antimatéria (o antielétron ou pósitron), idêntica mas de carga oposta (positiva), onde uma aniquilaria a outra. Uma questão ainda sem resposta é por que vemos tanta matéria no Universo e ainda não conseguimos observar a antimatéria livre.
Quando os cientistas preveem teoricamente uma coisa que não conseguem observar diretamente no mundo natural, o caminho é quase sempre tentar demonstrar esse fato em laboratório. Foi seguindo essa linha que o primeiro antiátomo em baixas velocidades foi criado pelo grupo de pesquisa Athena em 2002, no acelerador de partículas mais poderoso do mundo, no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN), localizado na Suíça. Formado por um antipróton e um pósitron, o antihidrogênio foi um grande passo, mas o desafio continuou: a partícula gerada tinha enorme energia, e aprisioná-la para um estudo mais aprofundado levou anos.
Finalmente, em 2010, a equipe Alpha, que deu sequência ao grupo Athena, anunciou o aprisionamento do antihidrogênio e a comprovação de que o antiátomo tinha a carga muito pequena, próxima de neutra, como previsto pela teoria. Agora, com novo método, a medição da carga do antiátomo ganhou precisão cerca de 20 vezes maior.
O antiátomo se mostrou neutro com uma carga menor que 0,7 parte por bilhão da carga elementar do elétron. A neutralidade dos átomos e moléculas constituidos de matéria já está comprovada com erro menor do que 10−21e para uma variada gama de espécies, incluindo H2, He e SF6.
“Esta é a medida mais precisa jamais feita da nulidade da carga do antihidrogênio,” celebra o físico Cláudio Lenz Cesar, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, um dos três brasileiros que participam do projeto composto por um grupo de 50 cientistas. Os outros dois brasileiros são: Daniel de Miranda Silveira e Rodrigo Lage Sacramento.
O novo método para verificar a carga do antiátomo consistiu na aplicação dos chamados potenciais elétricos estocásticos, com a metodologia do caminho aleatório. O método consiste em aplicar pulsos aleatórios sobre antiátomos presos em uma armadilha chamada garrafa magnética, a mesma usada pelo grupo para verificar o comportamento do antihidrogênio em relação à gravidade.
A aplicação de pulsos aleatórios mexeria com uma possível carga dos antiátomos, ora aumentando, ora diminuindo sua energia. Então, os átomos passariam por um estágio de maior energia e escapariam da armadilha. “Se, no final, houvesse alguma carga nos antiátomos, a tendência seria que todos escapassem, deixando a garrafa magnética vazia,” conta Lenz.
Não foi o que aconteceu no experimento. Mesmo após repetidos pulsos e o desligamento do campo magnético da armadilha, o antihidrogênio não escapou da garrafa, o que sugere que não teria ganho energia. Sua carga, portanto, aproxima-se de zero, assim como a do hidrogênio.
Os resultados animadores já deixaram a equipe do Alpha na expectativa das próximas descobertas. Segundo Lenz, o próximo passo da pesquisa é lançar um feixe de laser ultrapreciso sobre o antihidrogênio, o que permitiria observá-lo ainda melhor e medir seus níveis quânticos de energia com uma precisão na ordem de partes por trilhão. “Este é o nosso objetivo desde que começamos a pesquisa, há 20 anos, e está prestes a se concretizar,” anuncia o pesquisador.
Este trabalho foi descrito na revista Nature.
Fonte: Ciência Hoje
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