Pular para o conteúdo

A colaboração ALPHA/CERN relatou as primeiras medições de certos efeitos quânticos na antimatéria

Traduzido e adaptado por Julio Batista
Original do CERN

A Colaboração ALPHA/CERN relatou as primeiras medições de certos efeitos quânticos na estrutura energética do anti-hidrogênio, a contraparte de hidrogênio da antimatéria. Sabe-se que esses efeitos quânticos existem na matéria, e estudá-los pode revelar diferenças ainda não observadas entre o comportamento da matéria e da antimatéria. Os resultados, descritos em um artigo publicado dia 19/02 na revista Nature, mostram que essas primeiras medições são consistentes com previsões teóricas dos efeitos no hidrogênio “normal” e abrem caminho para medições mais precisas dessas e de outras quantidades fundamentais.

“Encontrar quaisquer diferenças entre essas duas formas de matéria abalaria os fundamentos do Modelo Padrão da física de partículas, e essas novas medições analisam aspectos da interação com a antimatéria – como o Desvio de Lamb – que há muito tempo esperávamos abordar”, diz Jeffrey Hangst, porta-voz do experimento do ALPHA.

“O próximo passo da nossa lista é resfriar grandes amostras de anti-hidrogênio usando técnicas de resfriamento a laser de última geração. Essas técnicas transformarão os caminhos dos estudos da antimatéria e permitirão comparações sem precedentes de alta precisão entre matéria e antimatéria.”

A equipe ALPHA cria átomos de anti-hidrogênio, ligando antiprótons fornecidos pelo desacelerador de antiprótons do CERN com antielétrons, mais comumente chamados de “pósitrons”. Em seguida, os confina em uma “armadilha magnética” em um ultra-alto vácuo, o que os impede de entrar em contato com a matéria e a aniquilar. A luz do laser é então reluzida nos átomos presos na armadilha para medir sua resposta espectral. Essa técnica ajuda a medir efeitos quânticos conhecidos, como a chamada estrutura fina e o Desvio de Lamb, que correspondem a pequenas “divisões” m certos níveis de energia do átomo, e foram medidos neste estudo no átomo de anti-hidrogênio pela primeira vez. A equipe usou anteriormente essa abordagem para medir outros efeitos quânticos no anti-hidrogênio, sendo o mais recente uma medida da transição Lyman-alfa.

A estrutura fina foi medida em hidrogênio atômico há mais de um século e lançou as bases para a introdução de uma constante fundamental da natureza que descreve a força da interação eletromagnética entre partículas carregadas elementares. O Desvio de Lamb foi descoberto no mesmo sistema há cerca de 70 anos e foi um elemento-chave para a desenvolvimento da eletrodinâmica quântica, a teoria de como a matéria e a luz interagem.

A medição do Desvio de Lamb, que rendeu a Willis Lamb o Prêmio Nobel de Física em 1955, foi descria em 1947 na famosa Conferência de Shelter Island – a primeira oportunidade que os líderes da comunidade estadunidense de física tiveram para se reunirem após a Segunda Guerra.

Nota técnica

Tanto a estrutura fina quanto o Desvio de Lamb são pequenas dispersões em certos níveis de energia (ou linhas espectrais) de um átomo, que podem ser estudadas com espectroscopia. A divisão da estrutura fina do segundo nível de energia do hidrogênio é uma separação entre os chamados níveis 2P3/2 e 2P1/2 na ausência de um campo magnético. A divisão é causada pela interação entre a velocidade do elétron do átomo e sua rotação intrínseca (quântica). O Desvio de Lamb “clássico” é a divisão entre os níveis 2S1/2 e 2P1/2, também na ausência de um campo magnético. É o resultado do efeito sobre o elétron das flutuações quânticas associadas aos fótons virtuais entrando e saindo da existência no vácuo.

Em seu novo estudo, a equipe do ALPHA determinou a divisão da estrutura fina e a Desvio de Lamb, induzindo e estudando transições entre o nível mais baixo de energia do anti-hidrogênio e os níveis 2P3/2 e 2P1/2 na presença de um campo magnético de 1 Tesla . Usando o valor da frequência de uma transição que eles mediram anteriormente, a transição 1S-2S, e assumindo que certas interações quânticas eram válidas para o anti-hidrogênio, os pesquisadores deduziram de seus resultados os valores da divisão da estrutura fina e do Desvio de Lamb. Eles descobriram que os valores inferidos são consistentes com as previsões teóricas das divisões no hidrogênio “normal”, dentro da incerteza experimental de 2% para a divisão de estrutura fina e de 11% para o Desvio de Lamb.

Julio Batista

Julio Batista

Sou Julio Batista, de Praia Grande, São Paulo, nascido em Santos. Professor de História no Ensino Fundamental II. Auxiliar na tradução de artigos científicos para o português brasileiro e colaboro com a divulgação do site e da página no Facebook. Sou formado em História pela Universidade Católica de Santos e em roteiro especializado em Cinema, TV e WebTV e videoclipes pela TecnoPonta. Autodidata e livre pensador, amante das ciências, da filosofia e das artes.