Um mistério do universo: A antimatéria

Em 1928, o físico britânico Paul Dirac escreveu uma equação que mesclava a teoria quântica e a relatividade especial para descrever o comportamento de um elétron movendo-se a uma velocidade relativista. A equação – pela qual Dirac ganhou o Prêmio Nobel em 1933 – representou um problema: assim como a equação x 2 = 4 pode ter duas soluções possíveis (x = 2 ou x = -2), então a equação de Dirac poderia ter duas soluções, uma para um elétron com energia positiva e outra para um elétron com energia negativa. Mas a física clássica  determinou que a energia de uma partícula deve ser sempre um número positivo.

Dirac
Foto do Físico Paul Dirac. Fonte(https://www.awesomestories.com/asset/view/Paul-Dirac-Discoverer-of-Antimatter)

Dirac interpretou a equação de modo que, para cada partícula, existe uma antipartícula correspondente, correspondendo exatamente a partícula, mas com carga oposta. Para o elétron, deve haver um “anti-eletrônico”, por exemplo, idêntico em todos os sentidos, mas com uma carga elétrica positiva (denominado pósitron). A visão abriu a possibilidade de galáxias e universos inteiros feitos de antimatéria. Seis meses depois, o físico norte-americano Carl Anderson (1905-1991) observou o pósitron em um experimento. Era a primeira evidência da realidade da antimatéria.

Uma das principais características do elétron, além de sua pequena massa ( 9,11×10-31 kg) e carga elétrica (-1,60×10-19 C), é o spin, que, para a finalidade deste artigo, pode ser imaginado como a rotação do elétron. Embora Dirac tenha escrito a equação dele para o elétron, na verdade ela servia para todas as partículas que tivessem spin semelhante ao do elétron (no linguajar da física, spin igual a 1/2). Consequentemente, se todas as partículas com esse spin obedeciam à equação de Dirac, elas necessariamente tinham que ter também uma antipartícula correspondente. E assim aconteceu. Desde a descoberta do pósitron até hoje, todas as partículas de spin 1/2 detectadas têm sua antipartícula. E não foram poucas: o próton, o nêutron, o múon, o tau (estes dois últimos, são parentes pesa­dos do elétron), o lambda, entre dezenas de outras – inclusive os quarks, que obedecem a essa surpreendente consequência da equação de Dirac.

Mas quando a matéria e a antimatéria entram em contato, elas aniquilam – desaparecendo em um flash de energia. O Big Bang deveria ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria. Então, por que há muito mais matéria do que a antimatéria no universo? Como a anti-matéria desapareceu? Essas questões seguramente são difíceis de serem respondidas pelos cientistas. Temos somente pistas de como isso aconteceu, porém nada definitivo.

Antimatéria2Fonte(História do universo,da origem aos dias de hoje)

A assimetria matéria-antimatéria observada até hoje nos experimentos continua insuficiente para explicar a ausência de antimatéria no universo. Estimativas indicam que essa assimetria teria que ser pelo menos, um bilhão de vezes maior. Experiências que come­çam agora no acelerador LHC , do CERN, pretendem buscar novas fontes para o estudo dessa assimetria.

LHC-ConfigurationFonte( http://www.dailytech.com/LHC+Turns+on+Powers+up+to+RecordShattering+7+TeV+Collision/article18008.htm)

 

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Fontes e Referências

M.C.D. Abdalla, O Discreto Charme das Partículas Elementares. (Editora da UNESP, S˜ao Paulo, 2006).

[CERN]

CiênCia Hoje .vol. 45 . nº 268

http://www.cbpf.br/~desafios/media/livro/LHC.pdf

 

 

 

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