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Antimatéria brilha exatamente igual à matéria

Antimatéria brilha exatamente igual à matéria
O espectro de emissão do átomo de anti-hidrogênio (antimatéria) é exatamente o mesmo que o espectro do átomo de hidrogênio (matéria) - ao menos na precisão obtida nesta primeira medição.[Imagem: CERN]

Espectro da antimatéria

Físicos acabam de confirmar um dos fundamentos do atual Modelo Padrão da física de partículas.

Pela primeira vez eles conseguiram medir o espectro de emissão de luz de um átomo de antimatéria, mais especificamente, um átomo de anti-hidrogênio - átomos de anti-hidrogênio são formados por um pósitron (uma versão positivamente carregada do elétron) orbitando um antipróton, carregado negativamente.

E o brilho do átomo de anti-hidrogênio é exatamente o que a teoria previa: ele possui exatamente o mesmo brilho que o átomo de hidrogênio.

A medição, realizada pela Colaboração Alpha, ligada ao CERN, é um marco no campo conhecido como "espectroscopia da antimatéria" - que, na prática, acaba de ser inaugurado com esta medição.

Assim, embora seja um feito que está sendo comemorado pela comunidade física mundial - há vários brasileiros participando da Colaboração Alpha -, esta medição é apenas o princípio, mesmo porque a medição do espectro de emissão da antimatéria que acaba de ser feita tem uma precisão várias ordens de grandeza inferior à das medições do espectro de emissão do hidrogênio. E qualquer discrepância, por menor que seja, pode apontar lacunas no Modelo Padrão da Física.

Espectroscopia da matéria e da antimatéria

Os átomos consistem fundamentalmente em elétrons orbitando um núcleo. Quando os elétrons se movem de uma órbita para outra, eles absorvem ou emitem luz em comprimentos de onda (cores) específicos, o que define o espectro do átomo - a medição dessas emissões é feita por uma técnica conhecida como espectroscopia.

Cada átomo - cada elemento da tabela periódica - tem um espectro único. Como resultado, a espectroscopia é uma ferramenta usada em muitas áreas da física, da astronomia e da química, por permitir caracterizar átomos e moléculas e seus estados internos. Por exemplo, na astrofísica, a análise do espectro de luz das estrelas permite determinar sua composição.

Com seu único próton e único elétron, o hidrogênio é o átomo mais abundante e mais simples do Universo, e também o melhor compreendido pela ciência, já que é mais fácil estudá-lo. Seu espectro vem sendo medido com precisões cada vez mais altas.

Por outro lado, os átomos de anti-hidrogênio só começaram a ser estudados há alguns anos, quando a equipe da mesma Colaboração Alpha conseguiu aprisionar antimatéria.

Antimatéria brilha exatamente igual à matéria
Impressão artística de uma nuvem de átomos de anti-hidrogênio presos em uma armadilha magnética. [Imagem: Chukman So/CERN]

Notícias boas e não tão boas

Como o Universo parece consistir inteiramente de matéria, os constituintes dos átomos do anti-hidrogênio - antiprótons e pósitrons - têm que ser produzidos e montados em átomos antes que o espectro do anti-hidrogênio possa ser medido. E isso levou vários anos de estudos e aprimoramento dos equipamentos.

Mas vale a pena o esforço, porque qualquer diferença mensurável entre o espectro da matéria e da antimatéria pode quebrar os princípios básicos da teoria atual da física - a chamada simetria CPT.

As medições confirmaram as previsões da teoria - feliz ou infelizmente. Isto porque também teria sido uma boa notícia qualquer indício sobre por que existe muita matéria, mas quase nada de antimatéria, no Universo, já que a teoria também diz que ambas devem ser sido criadas em iguais proporções no Big Bang.

Bibliografia:

Observation of the 1S-2S transition in trapped antihydrogen
M. Ahmadi, B. X. R. Alves, C. J. Baker, W. Bertsche, E. Butler, A. Capra, C. Carruth, C. L. Cesar, M. Charlton, S. Cohen, R. Collister, S. Eriksson, A. Evans, N. Evetts, J. Fajans, T. Friesen, M. C. Fujiwara, D. R. Gill, A. Gutierrez, J. S. Hangst, W. N. Hardy, M. E. Hayden, C. A. Isaac, A. Ishida, M. A. Johnson, S. A. Jones, S. Jonsell, L. Kurchaninov, N. Madsen, M. Mathers, D. Maxwell, J. T. K. McKenna, S. Menary, J. M. Michan, T. Momose, J. J. Munich, P. Nolan, K. Olchanski, A. Olin, P. Pusa, C. Ø. Rasmussen, F. Robicheaux, R. L. Sacramento, M. Sameed, E. Sarid, D. M. Silveira, S. Stracka, G. Stutter, C. So, T. D. Tharp, J. E. Thompson, R. I. Thompson, D. P. van der Werf, J. S. Wurtele
Nature
DOI: 10.1038/nature21040




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