Primeira medição precisa do anti-hidrogênio

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Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) no CERN, em Genebra, Suíça. Crédito de imagem: CERN, ALPHA.

Artigo traduzido de: Universe Today. Autor: Shannon Hall.

O melhor da ciência – as perguntas que capturam e compelem qualquer ser humano – está envolvido em mistério. Aqui está um exemplo: os cientistas esperavam que matéria e antimatéria fossem criadas em quantidades iguais logo após o Big Bang. Se este tivesse sido o caso, os dois tipos de partículas teriam se aniquilado, deixando um universo permeado por energia.

Como a nossa existência atesta isso não aconteceu. Na verdade, a natureza parece ter uma preferência de uma parte em 10 bilhões pela matéria sobre a antimatéria. É um dos maiores mistérios da física moderna.

Mas o Large Hadron Collider está trabalhando duro, literalmente empurrando a questão ao limite, para resolver este mistério cativante. Semana passada, o CERN criou um feixe de átomos de anti-hidrogênio, permitindo aos cientistas fazer medições precisas desta antimatéria indescritível pela primeira vez.

Antipartículas são idênticas às partículas de matéria com exceção do sinal de sua carga elétrica. Assim, enquanto o hidrogênio é composto de um próton com carga positiva orbitado por um elétron de carga negativa, o anti-hidrogênio é composto de um antipróton de carga negativa orbitado por um anti-elétron de carga positiva, ou um pósitron

Enquanto a antimatéria primordial nunca foi observada no Universo, é possível a criação de anti-hidrogênio em um acelerador de partículas através da mistura de pósitrons e antiprótons de baixa energia.

Em 2010, a equipe do ALPHA capturou e manteve átomos de anti-hidrogênio pela primeira vez. Agora, a equipe conseguiu criar um feixe de partículas de anti-hidrogênio. Em um artigo publicado esta semana na revista Nature Communications, a equipe do ALPHA relata a detecção de 80 átomos de anti-hidrogênio 2,7 metros abaixo da sua produção.
“Esta é a primeira vez que temos sido capazes de estudar anti-hidrogênio com alguma precisão”, disse o porta-voz do ALPHA Jeffrey Hangst em um comunicado de imprensa. “Estamos otimistas de que a técnica de interceptação do ALPHA vai render muitas dessas ideias no futuro”.

Um dos principais desafios é manter a matéria comum longe do anti-hidrogênio, de modo que os dois não se aniquilem mutuamente. Para fazer isso, a maioria das experiências os campos magnéticos dos átomos de anti-hidrogênio como armadilha tempo suficiente para estudá-los.

No entanto, os campos magnéticos fortes degradam as propriedades espectroscópicas dos átomos de anti-hidrogênio, então a equipe do ALPHA teve que desenvolver um inovador set-up para transferir átomos de anti-hidrogênio a uma região onde poderiam ser estudados, longe do campo magnético forte.

Para medir a acusação de anti-hidrogênio, a equipe do ALPHA estudou as trajetórias de átomos de anti-hidrogênio liberados da armadilha na presença de um campo elétrico. Se os átomos de anti-hidrogênio tinham uma carga elétrica, o campo iria desviá-los, enquanto que átomos neutros não seriam desviados.
O resultado, com base em 386 eventos registrados, dá um valor da carga elétrica anti-hidrogênio em -1,3 x 10-8. Em outras palavras, o seu custo é compatível com zero a oito casas decimais. Embora este resultado não seja nenhuma surpresa, já que os átomos de hidrogênio são eletricamente neutros, é a primeira vez que a carga de um antiatomo foi medida com tal alta precisão.

No futuro, qualquer diferença detectável entre matéria e antimatéria poderia ajudar a resolver um dos maiores mistérios da física moderna, abrindo uma janela para um novo campo da ciência.

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