Antimatéria. Conheça a história da energia do futuro.

sábado, 14 de julho de 2012

História da Antimatéria. Antielétrons, pósitrons, antinêutrons e antiprótons. Como surgiram todas essas antipartículas.


A obtenção da Antimatéria.
by Roberto M.
O que é antimatéria? Como surgiu a teoria da antimatéria? O que são as antipartículas? O que é antielétron ou pósitron? O que é antipróton? O que é antinêutron?
Os seres humanos, os outros animais, os vegetais, e praticamente todas as formas de matéria conhecidas no universo, compõem-se de átomos.
No artigo “Eletricidade. Entendendo o que é” descrevi e mostrei em alguns desenhos, como é a formação de um átomo.

Lá pudemos ver que cada um dos átomos, formadores da matéria, é constituído por um núcleo central pesado em torno do qual giram uma ou mais partículas elementares leves chamadas elétrons.
O núcleo, por sua vez, é formado de partículas elementares pesadas denominadas prótons e nêutrons.

Esquema de um átomo de matéria.

O elétron tem uma carga elétrica negativa; além disso, como gira em torno de si próprio (um movimento que é chamado de spin), também possui um campo magnético que apresenta uma orientação definida em relação ao spin.
Como o próton tem carga positiva, a orientação do seu campo magnético em relação ao spin é oposta à do elétron.
O nêutron não possui carga elétrica, mas apresenta um campo magnético gerado pelo movimento dos quarks de carga positiva e negativa que o compõem. O átomo mais simples que pode ser formado é o de hidrogênio, com apenas um elétron de carga negativa, que gira em torno de um próton de carga positiva.

Na década de 1920 já se sabia que o próton e o elétron eram as partículas elementares carregadas que constituíam os átomos, mas a comparação das propriedades das duas partículas gerou um enigma:

“Por que a partícula elementar que possuía carga elétrica positiva, o próton, tinha um peso mais de 1800 vezes superior ao do elétron, a partícula elementar de carga elétrica negativa? Os experimentos revelaram que as cargas, embora de sinais opostos, tinham o mesmo valor absoluto. Por que, então, as massas também não eram iguais?”

O mistério persistiu até o ano de 1929, quando o físico inglês Paul Dirac combinou as teorias de mecânica quântica, do eletromagnetismo e da relatividade para criar uma nova teoria que explicava questões até então inexplicáveis.
Entre outras coisas, a nova teoria previa que o próton e o elétron deviam ter partículas “gêmeas” com a mesma massa mas com a carga oposta, que Dirac chamou de antipróton e antielétron. A existência das novas partículas fazia com que a diferença de massa entre próton e elétron deixasse de ser tão preocupante, pois mostrava que, afinal, não eram essas as duas partículas “gêmeas”, como se pensava até então.

A teoria de Dirac também estabelecia que, se uma partícula e sua antipartícula se encontrassem, as duas se destruiriam mutuamente; suas cargas elétricas se anulariam e suas massas se transformariam totalmente em energia.
As propriedades que Dirac previu para as antipartículas se parecem com as que as partículas normais teriam se fossem refletidas em um espelho “mágico”, capaz de inverter as cargas elétricas.

O antielétron, hoje conhecido como pósitron, possui a mesma massa que o elétron, mas a carga oposta; além disso, a orientação relativa entre o spin e o campo magnético também é oposta à do elétron.
Da mesma forma, o antipróton é o “gêmeo invertido” do próton: a orientação do campo magnético permanece a mesma, mas a carga e o spin são invertidos.
No caso do antinêutron, que, como o nêutron, não possui carga elétrica, apenas o spin é invertido, enquanto a orientação do campo magnético permanece a mesma.

Esquema do campo magnético e spin daspartículas de matéria e das antipartículas da antimatéria.

Logo após a postulação da existência das antipartículas, os cientistas e os escritores de ficção científica já trataram de começar a imaginar a existência de antiátomos, anticriaturas, antiplanetas, antiestrelas e antigaláxias.
O próprio Dirac, em seu discurso ao receber o premio Nobel de física de 1933, por seus estudos de mecânica quântica, levantou a hipótese de existirem mundos feitos de antimatéria.

As previsões de Dirac com relação à antimatéria provocaram grande rebuliço no meio científico. Vários pesquisadores se dispuseram a testar a ideia de Dirac e tentaram criar partículas de antimatéria.
Descobriram que, devido à lei da conservação de carga, as partículas de matéria e antimatéria só podem ser criadas aos pares e para isso é necessário uma energia muito grande.

Naquela época, não havia nenhum instrumento capaz de acelerar partículas com a magnitude de energia necessária.
Carl Anderson, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, descobriu uma maneira de obter essa energia: os raios cósmicos. Utilizando-se de um detector de raios cósmicos que combinava condensação de vapor mais campo magnético dentro de uma câmara, descobriu a primeira partícula de antimatéria. Dentro do detector ele podia ver um par de partículas: um elétron e um pósitron. Ganhou, por isso, o premio Nobel de física em 1936.

Entretanto, somente em meados da década de 1950, estimulados pelas pressões da segunda guerra mundial, os físicos desenvolveram aceleradores de partículas com capacidade suficiente para gerar antiprótons, antinêutrons e mesmo antipartículas mais pesadas.
Porém, gerar antipartículas foi apenas o primeiro passo. Restava ainda aos pesquisadores a difícil tarefa de capturá-las.

Hoje em dia, embora as partículas de antimatéria sejam estranhas no mundo normal, já é possível conservá-las por longos períodos em armadilhas de campos elétricos e magnéticos. A existência da antimatéria é inquestionável.
Os cientistas esperam, em breve, combinar antiprótons com pósitrons e fabricar os primeiros antiátomos.
Com isso, poderemos aproveitar a antimatéria para o benefício da humanidade, gerando, quem sabe, a mesma energia utilizada na nave “Enterprise” do filme de ficção “Jornada nas Estrelas”.

Quanto à existência ou não de mundos feitos de antimatéria, atualmente os astrônomos acreditam que não existem grandes corpos de antimatéria em parte alguma do universo, embora essa possibilidade não possa ser descartada.
Bibliografia: Ciência e Futuro – Encyclopaedia Britannica do Brasil Publicações

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2 comentários:

  1. Gosto muito do assunto. Acredito que há muita coisa ainda a ser desvendada. Vamos esperar!!!

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