Produção de antimatéria em laboratório dobra com técnica simples

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/03/2021

A luz do laser entra na microestrutura na frente do alvo de ouro, conduzindo fótons gama de alta energia (laranja) e gerando partículas, incluindo os pares de antimatéria elétron-pósitron (azul e verde).
[Imagem: LLNL]

Produção de antimatéria

Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA, conseguiram aumentar em 100% o rendimento do processo mais usado hoje para produzir antimatéria em laboratório.

E a inovação foi possível com uma alteração relativamente simples: o pesquisador Sheng Jiang criou nanoestruturas microscópicas na superfície dos alvos de ouro usados para gerar a antimatéria.

Quando os lasers de alta potência foram disparados sobre esses alvos modificados, o processo gerou o dobro de partículas de antimatéria em relação ao uso de alvos lisos.

Os experimentos anteriores geravam cerca de 100 bilhões de pósitrons, as partículas de antimatéria do elétron. O novo experimento produziu 200 bilhões de pósitrons.

"Esses resultados experimentais bem-sucedidos são importantes para o nosso projeto de pósitrons, cujo grande objetivo é fazer antimatéria elétron-pósitron suficiente para estudar a física das explosões de raios gama," disse o professor Hui Chen. "Mas descobrimos que os experimentos também criaram uma luz de fundo de raios X de alta energia (MeV) que pode penetrar objetos muito densos, o que é importante para muitos aspectos da ciência de energias de alta densidade."

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O alvo otimizado (esquerda) gera o dobro de pósitrons do alvo comum (direita).
[Imagem: S. Jiang et al. - 10.1063/5.0038222]

Energia que se transforma em massa

Quando energia suficiente é comprimida em um espaço muito pequeno, como durante as colisões de partículas de alta energia, os pares partícula-antipartícula são produzidos espontaneamente. Quando a energia se transforma em massa, tanto a matéria quanto a antimatéria são criadas em quantidades iguais.

Nesses experimentos, as intensas interações laser-plasma produzem elétrons de altíssima energia, cuja energia, ao interagir com o alvo de ouro, pode gerar pares elétron-pósitron.

As microestruturas em formato de pilar no alvo de ouro otimizam a interação entre a luz e a matéria, levando à geração de mais pósitrons - ou menos, dependendo de como as microestruturas são feitas.

A capacidade de criar pósitrons em maiores quantidades em um aparato pequeno de laboratório abre novos caminhos de pesquisa com antimatéria, incluindo uma compreensão da física subjacente a vários fenômenos astrofísicos, como buracos negros e explosões de raios gama, bem como um caminho para a criação de um plasma denso elétron-pósitron.

"Adicionar microestruturas superficiais frontais ao alvo de ouro típico constitui uma abordagem econômica para aumentar substancialmente o rendimento de pósitrons, ao mesmo tempo mantendo as mesmas condições de laser. É um passo adiante em direção ao uso de fontes de pósitrons geradas a laser para uma variedade de aplicações," afirmou Sheng.

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