Antimatria manipulada e resfriada a laser pela primeira vez

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 01/04/2021

Comparao da matria com a antimatria

O experimento ALPHA, que funciona junto ao LHC (Grande Colisor de Hdrons]) conseguiu pela primeira vez resfriar tomos de anti-hidrognio – a forma mais simples de antimatria – usando luz laser.

A tcnica, conhecida como resfriamento a laser, foi demonstrada pela primeira vez h 40 anos em matria normal e hoje a base de muitos campos de pesquisa.

Sua primeira aplicao antimatria abre as portas para medies consideravelmente mais precisas da estrutura interna do anti-hidrognio e de como ele se comporta sob a influncia da gravidade – no sabemos se a antimatria cai para cima ou para baixo.

E comparar essas medies com as do tomo de hidrognio comum pode revelar diferenas entre os tomos de matria e de antimatria. Essas diferenas, se realmente existirem, podem esclarecer por que o Universo composto apenas de matria, um desequilbrio conhecido como assimetria matria-antimatria, uma vez que ambas deveriam ter sido criadas em quantidades iguais no Big Bang.

“A capacidade de resfriar tomos de anti-hidrognio a laser uma virada de jogo para as medies espectroscpicas e gravitacionais e pode levar a novas perspectivas na pesquisa de antimatria, como a criao de molculas de antimatria e o desenvolvimento de interferometria dos antitomos,” disse o fsico Jeffrey Hangst. “Estamos nas nuvens. Cerca de uma dcada atrs, o resfriamento de antimatria a laser estava no reino da fico cientfica.”

Resfriamento a laser da antimatria

A equipe ALPHA produz tomos de anti-hidrognio pegando antiprtons de um Desacelerador de Antiprtons e ligando-os com antieltrons (ou psitrons) criados por uma fonte de sdio-22.

Em seguida, os tomos de anti-hidrognio resultantes (cerca de 1.000 deles) so aprisionados em uma armadilha magntica, que os impede de entrar em contato com a matria e se aniquilar.

A seguir, a equipe normalmente realiza estudos espectroscpicos, ou seja, mede a resposta dos antitomos radiao eletromagntica – luz laser ou micro-ondas. Esses estudos j permitiram, por exemplo, medir a transio eletrnica 1S-2S no anti-hidrognio com preciso sem precedentes.

No entanto, a preciso dessas medies espectroscpicas e de outras medies, como o comportamento do anti-hidrognio no campo gravitacional da Terra, limitada pela energia cintica ou pela temperatura, dos antitomos.

a que entra o resfriamento a laser.

Nessa tcnica, os ftons do laser so absorvidos pelos tomos, fazendo com que eles atinjam um estado de energia mais alto. Os antitomos ento emitem ftons e decaem espontaneamente de volta ao seu estado inicial. Como essa interao depende da velocidade dos tomos, e como os ftons lhes conferem momento, repetir muitas vezes esse ciclo de absoro-emisso leva ao resfriamento dos tomos.

Esta confuso de equipamentos o Experimento Alpha, onde a antimatria produzida e estudada.
[Imagem: Maximilien Brice/Julien Ordan/CERN]

Antimatria no zero absoluto

No resfriamento a laser da matria j possvel levar os tomos at prximo do zero absoluto. Neste primeiro resfriamento da antimatria, os antitomos no ficaram to frios, mas a reduo do movimento da nuvem de antimatria por um fator de 10 mostra que este o caminho. Futuras otimizaes devero incluir o aumento da densidade da nuvem de antitomos, para que a interao com o laser seja otimizada.

“Historicamente, os pesquisadores tm sofrido para resfriar o hidrognio normal a laser, ento isso tem sido visto como um sonho maluco para ns por muitos anos,” disse Makoto Fujiwara, o primeiro proponente da ideia de usar um laser pulsado para resfriar o anti-hidrognio. “Agora, podemos sonhar com coisas ainda mais loucas com a antimatria.”

E, como tomos mais frios ocupam menos espao, a tcnica de resfriamento pode ajudar a melhorar as tcnicas de aprisionar a antimatria e mant-la sob controle.

Outras notcias sobre: