Energia

Átomo híbrido de antimatéria produzirá laser de raios gama

Átomo híbrido de antimatéria produz laser de raios gama
Um isótopo de hidrogênio é o átomo modelo de matéria normal. À direita, o átomo de positrônio, metade matéria (elétron), metade antimatéria (pósitron). [Imagem: SIT]

Átomo de matéria e antimatéria

Metade matéria, metade antimatéria, os átomos de positrônio estão sempre no limiar da própria aniquilação.

Mas acaba de ser descoberta uma forma de fazer com que esses átomos instáveis durem muito mais, talvez o suficiente para criar um poderoso laser de raios gama.

Todos os átomos da Tabela Periódica consistem de átomos com um núcleo de prótons, carregados positivamente, orbitados pelo mesmo número de elétrons, carregados negativamente.

Mas o positrônio (Ps) é muito diferente: ele é formado por um elétron e um anti-elétron (um pósitron) orbitando um ao redor do outro.

Sendo a antimatéria do elétron, o pósitron tem carga positiva, como o próton - mas com apenas 0,0005 da sua massa.

Mas esse sistema binário é muito instável: um átomo de positrônio dura menos de um milionésimo de segundo, antes que o elétron e o pósitron se aniquilem, emitindo um pulso de raios gama.

Laser de raios gama

Quando o positrônio foi sintetizado pela primeira vez, os cientistas logo viram nele a ferramenta ideal para a criação de um laser de raios gama.

Um laser de raios gama emitirá um feixe de alta energia e comprimento de onda muito curto, capaz de sondar estruturas tão pequenas quanto o núcleo de um átomo - o comprimento de onda dos lasers tradicionais é muito maior, o que limita sua resolução.

O problema é manipular os átomos de positrônio para que eles se autodestruam de forma controlada, criando um laser de raios gama, e não um pipocar de pulsos de raios gama aleatórios.

Agora, uma equipe liderada por Christoph Keitel, do Instituto Max Planck, na Alemanha, afirmou que lasers comuns poderão ser usados para retardar a aniquilação dos átomos de positrônio.

Átomo híbrido de antimatéria produz laser de raios gama
Quando o elétron e o anti-elétron (pósitron) se juntam, eles se aniquilam, produzindo uma emissão de raios gama. [Imagem: Wikipedia/Inductiveload]

Aniquilação controlada

Segundo os cientistas, o truque é tão simples quanto disparar sobre o átomo de positrônio um pulso de laser com a energia exata para levar o átomo de positrônio a um estado de energia mais elevado, no qual o elétron e o pósitron saltam para uma órbita que os coloca mais afastados um do outro.

Com isso, a aniquilação será muito menos provável, fazendo com que o átomo híbrido de matéria e antimatéria tenha uma vida mais longa.

Eventualmente os átomos de positrônio podem perder energia, emitindo fótons e retornando ao estado de energia anterior.

Contudo, a equipe calcula que a metade deles sobreviverá por 28 milionésimos de segundo, o que é 200 vezes mais do que a meia-vida de um átomo de positrônio deixado por contra própria.

Condensado de Bose-Einstein

Isto pode ser tempo suficiente para que os átomos de positrônio formem um condensado de Bose-Einstein, um estado comumente chamado de "átomo artificial", porque os bilhões de átomos nessa nuvem agem praticamente como se fossem um só.

Assim, quando um deles se aniquilar, todo o restante seguirá o líder, emitindo um pulso de radiação laser feita de raios gama.

A vantagem da proposta é que, ao contrário dos átomos normais, que precisam ser resfriados até quase o zero absoluto para formarem um condensado de Bose-Einstein, devido aos efeitos quânticos, átomos de positrônio fazem o mesmo praticamente a temperatura ambiente.

Bibliografia:

Enhanced lifetime of positronium atoms via collective radiative effects
Ni Cui, Mihai Macovei, Karen Z. Hatsagortsyan, Christoph H. Keitel
arXiv
http://arxiv.org/abs/1112.1621




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