Antimatéria

Antimatéria são partículas com propriedades idênticas às da matéria comum, mas com carga elétrica oposta.

A matéria comum que vemos no cotidiano, como as pedras, o chão, o ser humano, o ar e a água, é constituída de átomos, compostos por partículas como os prótons, nêutrons e elétrons. Para cada partícula que conhecemos, existe uma antipartícula, ou seja, uma partícula com as mesmas características, porém com carga elétrica oposta.

A primeira antimatéria descoberta foi a antipartícula do elétron, chamado de pósitron. O pósitron tem todas as características do elétron, mas tem a carga elétrica positiva.

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Resumo sobre antimatéria

• Antimatéria são partículas com propriedades idênticas às da matéria comum, mas com carga elétrica oposta.
• A produção de 1 g de antimatéria custa aproximadamente 25 trilhões de reais.
• A antimatéria ajuda a detectar câncer com o exame PET-SCAN, a tomografia por emissão de pósitrons.
• A antimatéria pode ser detectada com base nos raios cósmicos.
• A aniquilação de 1 g de antimatéria com 1 g de matéria resultaria na liberação de 50 GWh de energia.
• Como a quantidade produzida em laboratório é ínfima, não há perigo em produzir antimatéria.
• Em 1928, Paul Dirac propôs a existência de uma antipartícula do elétron, o pósitron. Em 1932, Carl Anderson detectou-o pela primeira vez a partir de raios cósmicos.

O que é antimatéria?

Antimatéria são partículas com propriedades idênticas às da matéria comum, com exceção da carga elétrica, que é oposta. Assim, uma antipartícula do elétron, por exemplo, chamada de pósitron, tem características iguais às do elétron, como a massa, mas a carga elétrica é positiva. Já uma antipartícula do próton, o antipróton, tem carga elétrica negativa.

Preço da antimatéria

A produção de antimatéria envolve um custo tecnológico altíssimo, desde grandes laboratórios e equipamentos de ponta, até centenas a milhares de pesquisadores com formação específica para produzirem e manipularem esse tipo de matéria. O maior complexo científico de pesquisa avançada com partículas elementares do mundo é o CERN, que tem o maior e mais avançado acelerador de partículas já construído, o LHC.

A manipulação de antimatéria é um grande desafio, pois uma partícula tende a rapidamente se aniquilar com a sua antipartícula, emitindo fótons (partículas da luz) de alta energia, conhecidos como raios gama.

Portanto, esse tipo de matéria acaba tendo um tempo de vida muito curto e sendo de difícil controle. Os cientistas estimam que o custo para produzir 1 g de antimatéria seja de aproximadamente 25 trilhões de reais.

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Para que serve antimatéria?

Além de ser um componente importante para os cientistas entenderem a estrutura e o funcionamento do Universo, a antimatéria também tem uma grande importância na detecção de câncer por meio do exame PET-SCAN, ou tomografia por emissão de pósitrons. Nesse exame, é feita uma imagem tridimensional dos tumores a partir dos fótons que surgem da aniquilação de pósitrons com os elétrons que constituem os átomos do corpo humano.

Onde a antimatéria é encontrada?

Além dos avançados laboratórios que conseguem produzir artificialmente a antimatéria, ela pode ser detectada naturalmente a partir dos raios cósmicos, radiações de alta energia vindas de diversas regiões do espaço e que atingem a Terra todos os dias. Os raios cósmicos se originam, entre vários eventos astrofísicos, principalmente de explosões de supernovas de estrelas massivas.

Poder da antimatéria

Alguns cientistas acreditam que no futuro a antimatéria poderá substituir outras fontes de energia, já que a energia dos fótons resultante da aniquilação dessas partículas é muito alta. Estima-se que a aniquilação de 1 g de antimatéria com 1 g de matéria resultaria na liberação de 50 GWh de energia, o suficiente para manter uma lâmpada de 100 W acesa por mais de 57 mil anos.

Antimatéria é perigosa?

A antimatéria seria perigosa se a quantidade obtida em laboratório fosse extremamente alta, pois, como vimos, as partículas e antipartículas tendem a se aniquilar espontaneamente, liberando muita energia. Porém, como a quantidade produzida em laboratório é ínfima, não há perigo algum para a sociedade.

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História da antimatéria

O descobrimento da antimatéria teve início em 1928 com as tentativas do físico teórico britânico Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984) de encontrar uma formulação de uma mecânica quântica relativística do elétron. Ao fazer isso, Dirac encontrou a equação de Dirac e notou estranhos resultados com energias negativas.

Com base em interpretações desses resultados, Dirac sugeriu a existência de uma partícula com características iguais às do elétron, mas com carga elétrica oposta. Foi então que em 1932 o físico experimental americano Carl David Anderson (1905-1991) descobriu acidentalmente uma partícula com essas características ao notar em sua câmera de nuvens que partículas oriundas de raios cósmicos tinham trajetórias de partículas iguais às dos elétrons, mas com cargas elétricas positivas.

Com isso, deu-se a descoberta da primeira antimatéria, a antipartícula do elétron, o pósitron. Mais tarde, os físicos chegaram à conclusão de que toda partícula tem uma antipartícula.

Curiosidades sobre a antimatéria

• Assimetria de bárions: bárions são partículas compostas por três quarks, como os próton e nêutrons. A assimetria de bárions é um dos maiores problemas em aberto da Física. Ela se refere ao desequilíbrio da matéria bariônica e da matéria antibariônica no Universo observável. O modelo padrão, a melhor teoria física da matéria, prevê que o Big Bang deveria ter produzido quantidades iguais de matéria e antimatéria. Como isso não parece ter sido o caso, é provável que algumas leis da Física devem ter agido de forma diferente em algum momento da história cosmológica.
• Anti-hidrogênio: como vimos, para toda partícula existe uma antipartícula. Sendo assim, como existe uma antipartícula do próton e do elétron, também existe a antimatéria dos átomos, como o anti-hidrogênio, que tem um antipróton no seu núcleo, com um pósitron orbitando-o. O anti-hidrogênio já foi produzido e largamente estudado no CERN.

• Simetria na Física: As leis da Física são simétricas para o uso de partículas e antipartículas. Isso quer dizer que, se o Universo fosse totalmente formado por antipartículas, ele seria percebido exatamente da mesma forma como é. Sendo assim, se existirem multiversos, poderiam naturalmente existir universos iguais ao nosso, mas compostos de antimatéria no lugar da matéria.
• Antimatéria de partículas neutras: partindo do pressuposto de que para toda partícula existe uma antipartícula, a antipartícula de uma partícula eletricamente neutra, como o fóton e o nêutron, é ela mesma.

Fontes:

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Óptica e Física Moderna (vol. 4). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

CARUSO, Francisco; OGURI, Vitor. Física Moderna: Origens Clássicas e Fundamentos Quânticos. 2 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

GREINER, Walter. Relativistic Quantum Mechanics: Wave Equations. 3 ed. Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hong Kong; London; Milan; Paris; Singapore; Tokyo: Springer, 2000.

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