Comprovação cada vez mais próxima

Embora prevista há décadas por diversas teorias físicas, a antimatéria ainda tira o sono dos cientistas porque não pode ser encontrada na natureza. Criada em laboratório, é de difícil estudo: 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 – que, como o nome diz, é o equivalente, na antimatéria, ao átomo mais simples da matéria, o hidrogênio – tem aprofundado cada vez mais seu estudo, e anuncia hoje (20/01) que 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, seguindo o exemplo iniciado), idêntica mas de carga oposta (positiva, portanto, no caso do antielétron). Uma aniquilaria a outra, por assim dizer, e uma questão ainda sem resposta é por que vemos tanta matéria no universo e ainda não conseguimos observar a antimatéria solta por aí – ao mesmo tempo, se a antimatéria estivesse presente, pela teoria aniquilaria a matéria, e aí não sobrariam físicos para pensar sobre o tema.

O primeiro antiátomo em baixas velocidades foi criado pelo grupo de pesquisa Athena em 2002, no acelerador de partículas mais poderoso do mundo

Pois bem. 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, na sigla em francês), 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 anúncio foi feito na revista Nature.

O bêbado e o antiátomo

Quando falamos em medir com precisão a carga do antihidrogênio, estamos falando de números tão pequenos que são difíceis de imaginar. O antiátomo se mostrou neutro com uma carga menor que 0,7 parte por bilhão da carga elementar do elétron – faça as contas. “Esta é a medida mais precisa jamais feita da nulidade da carga do antihidrogênio”, celebra o físico Cláudio Lenz, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, um dos três brasileiros que participam do projeto.

Ele explicou à CH Online que o novo método para verificar a carga do antiátomo consistiu na aplicação dos chamados potenciais elétricos estocásticos, com a metodologia do caminho aleatório ou “andar do bêbado” – uma comparação a uma pessoa que tenta andar em linha reta após se exceder na bebida, e acaba dando passos aleatórios à direita e à esquerda. Em poucas palavras, 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.

Mesmo após repetidos pulsos e o desligamento do campo magnético da armadilha, o antihidrogênio não escapou da garrafa, o que sugere que não teria ganhado energia para tal

A aplicação de pulsos aleatórios mexeria com uma possível carga dos antiátomos, ora aumentando, ora diminuindo sua energia. Então, assim como o bêbado que cambaleia para um lado para o outro, 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 ganhado energia para tal. 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 jogar 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. E aposta: ouviremos falar mais deste trabalho ainda em 2016.

Catarina Chagas
Instituto Ciência Hoje/ RJ

Matéria publicada em 20.01.2016

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