Cientistas conseguem mover antimatéria fora do laboratório — um passo histórico
(Na foto acima: um camião transportou um contentor com uma carga de 92 antiprotões dentro do complexo do CERN, perto de Genebra. CERN)
Uma pequena quantidade de antimatéria foi transportada por estrada na terça-feira, marcando a primeira vez que qualquer quantidade desta substância — a mais cara, volátil e rara do mundo — foi deslocada. O avanço abre a porta a novas possibilidades para o estudo deste material difícil de observar.
A antimatéria é a imagem em espelho da matéria comum — tem carga elétrica oposta e propriedades subatómicas invertidas. Quando matéria e antimatéria entram em contacto, aniquilam-se mutuamente, desaparecendo num instante sob a forma de energia. Por isso, a antimatéria está no centro de um dos maiores mistérios do universo: o Big Bang deveria ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria, o que levaria a um universo sem matéria — devido à aniquilação total — ou com quantidades iguais de ambas.
No entanto, o universo é composto essencialmente por matéria e quase não contém antimatéria, que ocorre naturalmente apenas em pequenas quantidades, geradas pelo decaimento radioativo e por colisões de raios cósmicos. Os físicos chamam a este problema a assimetria matéria–antimatéria. A teoria atual sugere que a matéria foi criada em ligeiro excesso — apenas uma partícula extra de matéria por cada cerca de mil milhões de partículas de antimatéria — embora a razão permaneça desconhecida.
Estudar a antimatéria pode ajudar os cientistas a compreender esta assimetria, mas não é tarefa fácil. Os instrumentos usados para a produzir criam interferências que dificultam a sua análise. Transportá-la para fora desse ambiente permitirá medições mais precisas.
“É preciso pensar nestas medições como sendo, de certa forma, semelhantes à microscopia”, afirma Stefan Ulmer, físico da Organização Europeia para a Investigação Nuclear (CERN). O transporte da antimatéria teve lugar nas instalações do CERN, perto de Genebra, onde se encontra o maior laboratório de física de partículas do mundo.
“A instalação onde operamos produz flutuações. É como olhar através de um microscópio e o objeto estar a vibrar, o que torna a imagem desfocada. Transportar as partículas para fora deste ambiente permitirá obter imagens muito mais nítidas.”
Um camião transportou a carga preciosa ao longo de um percurso de dez quilómetros dentro do CERN, numa viagem de cerca de 30 minutos, atingindo uma velocidade máxima de 47 quilómetros por hora, segundo Ulmer. Um contentor especialmente construído, com cerca de 800 quilos e quase 1,80 metros de altura, conseguiu transportar com sucesso uma carga de 92 antiprotões.
O melhor vácuo da Terra
O CERN tem atualmente várias experiências com antimatéria em curso, cada uma produzindo um tipo diferente de antipartícula. A experiência BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), focada nos antiprotões, foi a responsável pelo transporte.
Os investigadores criam antiprotões ao colidir protões comuns a velocidades próximas da luz contra um bloco de irídio. O impacto gera várias partículas secundárias, incluindo antiprotões, que são depois desacelerados cuidadosamente, tornando-se disponíveis para observação.
A experiência BASE já consegue medir a massa do antiprotão com elevada precisão, o que permite compará-lo com o protão. Até agora, não foram detetadas diferenças significativas, mas medições ainda mais rigorosas poderão revelar discrepâncias subtis e ajudar a responder a questões fundamentais sobre a natureza da antimatéria e do universo.
Normalmente, os antiprotões são armazenados em grandes máquinas chamadas armadilhas de Penning, que pesam várias toneladas. Por isso, a equipa do BASE construiu uma versão portátil capaz de caber num camião. Esta máquina inclui um íman supercondutor, operado a menos 268 graus Celsius, além de fontes de energia e outros equipamentos para monitorizar a estabilidade da antimatéria.
A armadilha manteve os 92 antiprotões num vácuo, uma vez que qualquer contacto com o ar os destruiria. “O vácuo na nossa armadilha tem uma pressão inferior à do meio interestelar — é, honestamente, o melhor vácuo da Terra”, esclarece Ulmer.
Mesmo que a antimatéria tivesse sido destruída, isso não representaria perigo devido à pequena quantidade. “Se isto se aniquilar, produz uma dose de radiação muito inferior à que recebemos ao caminhar na superfície da Terra, devido à radiação cósmica”, explica Ulmer, acrescentando que a sua destruição resultaria num “flash de partículas carregadas”.
O teste demonstrou que a antimatéria pode ser transportada e, em particular, que as vibrações do camião não perturbam o vácuo. O próximo passo, diz Ulmer, é transportar um número maior de antiprotões e criar infraestruturas para os estudar noutros locais. O CERN aponta para duas instalações: uma no próprio local, a cerca de cinco quilómetros da experiência BASE, e outra na cidade alemã de Düsseldorf, a cerca de 700 quilómetros.
Um avanço para o progresso
Estudar a antimatéria pode ajudar a resolver uma contradição clara na nossa compreensão do universo. No entanto, atualmente, o CERN é o único laboratório no mundo onde é possível produzir e acumular antimatéria em quantidades significativas, segundo Guennadi Borissov, professor de física na Universidade de Lancaster, no Reino Unido.
“Embora isso faça do CERN o centro global desta investigação, estudar antipartículas em ambientes diversos exige o desenvolvimento de tecnologias robustas para transportar antimatéria a longas distâncias”, acrescenta Borissov, que participa na experiência ATLAS do CERN. “O recente teste bem-sucedido representa um marco crucial. Com o tempo, a capacidade de mover antimatéria irá expandir exponencialmente as nossas capacidades de investigação e permitir a comparação de resultados entre laboratórios especializados.”
Outra motivação para estudar a antimatéria é o facto de o positrão — a contraparte do eletrão — ter aplicações importantes como ferramenta de diagnóstico na medicina e na ciência dos materiais, destaca Michael Charlton, professor emérito de física experimental na Universidade de Swansea e membro da experiência ALPHA do CERN.
O teste do CERN significa que os antiprotões podem ser transportados pela Europa — e possivelmente mais longe — para serem estudados em laboratórios externos. “Isto abre a possibilidade de a antimatéria ficar disponível para estudo por uma comunidade muito mais vasta, e não apenas por quem consegue realizar experiências no CERN”, aponta Charlton.
“Significa que uma nova geração de cientistas terá a possibilidade de trabalhar com antimatéria — e isso só pode ser positivo para o progresso.”
