Descoberta mais pesada partícula de antimatéria

Antipartícula de hélio

Em 1911, o cientista neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) utilizou núcleos de átomos de hélio-4 - as chamadas partículas alfa - para demonstrar que os átomos têm sua carga positiva concentrada em um pequeno núcleo.

A descoberta foi o pontapé inicial da física nuclear.

Exatos 100 anos depois da criação do modelo atômico de Rutherford, um grupo internacional de cientistas, com participação brasileira, descreve pela primeira vez a observação e medição de antipartículas de núcleos de hélio-4.

Trata-se da antimatéria mais pesada já produzida e medida em um laboratório.

A descoberta foi antecipada pelo Site Inovação Tecnológica em Março, quando os cientistas disponibilizaram seu estudo no repositório arXiv

Com a participação do mesmo grupo, o experimento já havia rendido, há um ano, a primeira evidência experimental de um anti-hipernúcleo: isto é, os cientistas haviam obtido um núcleo que não faz parte da tabela periódica. O estudo foi publicado em março de 2010 na revista Science.
No trabalho de 2010, as antipartículas foram submetidas à coalescência - um processo análogo à condensação -, agregando dois antinêutrons e um antipróton, formando um antitrítio - isto é, um núcleo de antimatéria correspondente ao do átomo de trítio -, o isótopo do hidrogênio que possui dois nêutrons e um próton.

No trabalho atual, os pesquisadores conseguiram produzir um anti-hélio, com dois antiprótons e dois antinêutrons.

"Observando pela primeira vez o anti-hélio - uma partícula alfa de antimatéria -, demos mais um passo em direção à construção de uma nova tabela periódica. Tratava-se de uma tarefa difícil, porque a possibilidade de haver coalescência decresce à medida que aumenta a complexidade do antinúcleo", disse Alexandre Suaide, do Instituto de Física (IF) da Universidade de São Paulo (USP), um dos participantes brasileiros do estudo.
No experimento STAR, segundo o cientista, foram realizadas colisões de núcleos de átomos de ouro em velocidade próxima à da luz, em temperatura altíssima, criando uma densidade de energia semelhante à que existiu alguns microssegundos após o Big Bang. Tanto no laboratório como no início do Universo, as colisões resultam na formação de uma quantidade equivalente de matéria e antimatéria.

"Teoricamente, acreditamos que o Big Bang surgiu de uma grande concentração de energia em uma singularidade e, a partir de modelos, concluímos que esse processo deve ter produzido muita antimatéria. No entanto, quando olhamos o Universo quase não encontramos a antimatéria. O experimento poderá ajudar a entender o que aconteceu nesses instantes iniciais", disse Suaide.
Para detectar as antipartículas, os cientistas utilizam detectores sofisticados - o maior deles tem 10 metros de largura por 15 metros de comprimento - que medem a trajetória das partículas e a partir delas tenta identificar o tipo de partícula observada.

O armazenamento e a análise da imensa quantidade de dados produzida, segundo Suaide, exigem o envolvimento de dezenas de instituições em todo o mundo e uma poderosa infraestrutura computacional.
"Produzimos no experimento um número de colisões de núcleos de ouro da ordem de 1 bilhão. Cada uma delas produz milhares de partículas diferentes. De todos esses trilhões de partículas, conseguimos encontrar 18 núcleos de anti-hélio. A dificuldade envolvida na tarefa explica por que as partículas antialfa jamais haviam sido observadas, embora a partícula alfa já tenha sido identificada há um século", disse.

De acordo com os autores, a detecção tem consequências importantes para a futura observação de antimatéria no Universo. Segundo eles, o estudo sobre as antipartículas é fundamental para o avanço do conhecimento em aspectos fundamentais da física nuclear, da astrofísica e da cosmologia.
A partir dos estudos sobre as antipartículas em laboratórios, segundo Suaide, os cientistas buscam as condições necessárias para a observação futura da antimatéria no cosmos.

"Esses estudos nos ajudam a saber o que se espera observar. Ao medir o anti-hélio 4, também contribuímos para que os cosmólogos façam previsões sobre como e onde procurar a antimatéria", explicou. Compartilhar no facebook | Compartilhar no twitter