Antimatéria é transportada com sucesso por um caminhão

Uma pequena quantidade de antimatéria foi transportada por via terrestre na última terça-feira (24), representando a primeira vez que uma quantidade significativa da substância mais cara, volátil e rara do mundo foi movimentada. Essa descoberta abre caminho para novas possibilidades no estudo desse material tão elusivo.

A antimatéria é a imagem espelhada da matéria comum — possui carga elétrica oposta e propriedades subatômicas invertidas. Quando matéria e antimatéria entram em contato, elas se aniquilam e desaparecem num clarão de energia.

Consequentemente, a antimatéria está no cerne de um dos maiores mistérios do Universo: o Big Bang deveria ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria, resultando em um Universo sem matéria alguma devido à aniquilação total, ou em um Universo com quantidades iguais de ambas.

O Universo, no entanto, é composto de matéria, mas quase nenhuma antimatéria, que existe naturalmente apenas em pequenas quantidades, criada por decaimento radioativo e colisões de raios cósmicos. Os físicos chamam esse problema de assimetria matéria-antimatéria.

A teoria atual é que a matéria foi criada em ligeiro excesso em comparação com a antimatéria — apenas uma partícula de matéria a mais para cada aproximadamente 1 bilhão de partículas de antimatéria —, embora a razão para isso seja desconhecida.

Estudar a antimatéria pode ajudar os cientistas a compreender a natureza dessa assimetria, mas fazê-lo não é fácil. Os instrumentos usados ​​para produzir antimatéria criam interferências que dificultam seu estudo. Transportar a antimatéria para longe dessas interferências permitiria aos cientistas realizar medições da substância com maior precisão.

“É preciso pensar nessas medições como sendo, de certa forma, semelhantes à microscopia”, disse Stefan Ulmer, físico da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, também conhecida como CERN. O transporte de antimatéria ocorreu nas instalações do CERN perto de Genebra, onde se encontra o maior laboratório de física de partículas do mundo.

“As instalações em que estamos operando produzem flutuações. É um pouco como olhar através de um microscópio, onde o objeto observado vibra, resultando em uma imagem desfocada. Transportar partículas para fora desse ambiente nos permitirá obter imagens muito mais nítidas.”

Um caminhão transportou a preciosa carga por um percurso de 10 quilômetros (6 milhas) dentro do CERN, levando cerca de 30 minutos e atingindo uma velocidade máxima de 47 quilômetros por hora (29 milhas por hora), de acordo com Ulmer. Um contêiner especialmente construído, pesando cerca de 800 quilos (1.760 libras) e medindo quase 180 centímetros (6 pés) de altura, acomodou com sucesso uma carga útil de 92 antiprótons durante a viagem.

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O CERN tem atualmente vários experimentos com antimatéria em andamento, cada um produzindo um tipo diferente de antipartícula. O Experimento de Simetria Bárion-Antibárion (BASE), que se concentra em antiprótons, é o que localizou a substância.

Os pesquisadores criam antiprótons colidindo prótons comuns a velocidades próximas à da luz contra um bloco feito de um metal chamado irídio. O impacto cria diversas partículas secundárias, incluindo antiprótons, que são então cuidadosamente desaceleradas usando outros instrumentos, tornando-as disponíveis para observação.

O experimento BASE já é capaz de medir a massa do antipróton com um alto grau de precisão, o que é útil para comparar prótons e antiprótons. Até o momento, nenhuma diferença significativa entre as duas partículas foi observada, mas uma medição ainda mais precisa poderia revelar diferenças sutis e ajudar a responder questões fundamentais sobre a natureza da antimatéria e do próprio universo.

Normalmente, os antiprótons são armazenados em grandes máquinas chamadas armadilhas de Penning, que pesam várias toneladas. Por isso, a equipe do BASE construiu uma versão portátil que pudesse ser transportada em um caminhão. Essa máquina inclui um ímã supercondutor, operado a -268 graus Celsius (-470 graus Fahrenheit), além de fontes de alimentação e outros equipamentos para monitorar a estabilidade da antimatéria.

A armadilha confinou 92 antiprótons em vácuo, pois qualquer contato com o ar os aniquilaria. "O vácuo em nossa armadilha tem uma pressão melhor do que a pressão no meio interestelar — é o melhor vácuo da Terra, para ser honesto", disse Ulmer.

Mesmo que a antimatéria tivesse sido obliterada, isso não representaria nenhum perigo devido à pequena quantidade. "Se essa substância se aniquilasse, produziria uma dose de radiação muito menor do que a dose de radiação que se recebe apenas caminhando na superfície da Terra por meio da radiação cósmica", disse Ulmer, acrescentando que sua destruição teria sido um "clarão de partículas carregadas".

O teste demonstrou que a antimatéria pode ser transportada e, especificamente, que as vibrações do caminhão não perturbam o vácuo. O próximo passo, disse Ulmer, é transportar um número maior de antiprótons e construir a infraestrutura necessária para estudá-los em outros locais. O CERN está planejando duas instalações: uma no próprio local, a apenas 5 quilômetros (3 milhas) do experimento BASE, e outra na cidade alemã de Düsseldorf, a cerca de 700 quilômetros (430 milhas) de distância.

Bom para o progresso

O estudo da antimatéria pode ajudar a resolver uma clara contradição em nossa compreensão do universo, mas, atualmente, o CERN é o único laboratório no mundo onde a produção e o acúmulo de antimatéria em quantidades significativas são possíveis, de acordo com Guennadi Borissov, professor de física da Universidade de Lancaster, na Inglaterra.

“Embora isso faça do CERN o centro global para esse tipo de pesquisa, o estudo de antipartículas em diversos ambientes exige o desenvolvimento de tecnologias robustas para o transporte de antimatéria por longas distâncias”, acrescentou Borissov, que participa do experimento ATLAS no CERN, em um e-mail. “O recente teste bem-sucedido nessa área representa um marco crucial. Com o tempo, a capacidade de movimentar antimatéria expandirá exponencialmente nossas capacidades de pesquisa e permitirá a comparação de resultados entre laboratórios especializados.”

Uma motivação adicional para estudar a antimatéria é que a contraparte antimatéria do elétron, o pósitron, tem aplicações importantes como ferramenta de diagnóstico na medicina e na ciência dos materiais, disse Michael Charlton, professor emérito de física experimental da Universidade de Swansea, no País de Gales, e membro do experimento ALPHA no CERN.

O teste do CERN significa que os antiprótons podem ser transportados por toda a Europa, e até mais longe, para serem estudados em laboratórios externos. "Isso abre a possibilidade de que a antimatéria possa ser disponibilizada para estudo a uma comunidade muito maior, não apenas àqueles que podem realizar experimentos no CERN", disse Charlton em um e-mail.

“Isso significa que uma nova geração de cientistas terá a possibilidade de trabalhar com antimatéria — e isso só pode ser bom para o progresso.”