Antimatéria

De que é feito?

Na física, todas as partículas elementares, ou os blocos básicos de construção das coisas que podemos tocar, vêm em pares. Cada partícula tem o que se chama uma antipartícula. Isto pode parecer e agir exatamente como a partícula normal, exceto por uma grande diferença. Um exemplo é o elétron e o positron.

Outras partículas antimatéria são da mesma forma, onde têm o mesmo peso, e parecem e agem da mesma forma que as partículas regulares, mas sua carga elétrica é o oposto das partículas regulares. O antihidrogênio, por exemplo, tem o positron, que está carregado positivamente, orbitando em torno de um antiproton, que está carregado negativamente, que é o oposto do hidrogênio comum, que tem o elétron (carga negativa), orbitando em torno de um próton (carga positiva).

Aniquilação

AlbertEinstein encontrou uma fórmula que pode mostrar quanta energia uma certa quantidade de algo tem, seja ela matéria ou antimatéria. Esta fórmula é E = m c 2 {\\\i1}}estilo E=mc^{\i}} e é uma das equações mais conhecidas. Em termos simples, se você pegar a massa de algo e depois multiplicá-la pela velocidade da luz, e depois multiplicá-la novamente pela velocidade da luz, você obterá quanta energia pura um determinado pedaço de algo tem. Como a velocidade da luz é um número tão grande, isto significa que mesmo uma pequena quantidade de matéria pode ter muita energia (foi projetada para ser 4 vezes mais eficaz por massa do que a fissão nuclear).

Em 1928, o físico Paul Dirac procurava uma equação que previsse como as partículas deveriam se comportar muito rapidamente. Já havia outra equação que poderia descrever partículas lentas, a equação de Schrödinger, mas a teoria da relatividade especial de Einstein dizia que partículas rápidas poderiam ser muito diferentes de partículas lentas. Dirac sabia que partículas como elétrons normalmente se moviam muito rápido. Ele percebeu que a velha equação não faria boas previsões para as partículas rápidas. Então ele criou uma nova equação que poderia descrever as partículas que se moviam próximo à velocidade da luz.

Para partículas rápidas, não é mais verdade que a energia é E = m c 2 {\\i1}}E=mc^{\i}} . Em vez disso, a nova equação de Dirac funcionou para partículas onde a energia foi dada por E 2 = m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{2}c^{2}} . Na nova equação para energia, o símbolo p → {\displaystyle {\vec {\p}} é chamado de momentum, e mede o quão rápido a partícula está indo e o quão difícil é parar. Esta equação diz que partículas muito rápidas têm mais energia, portanto são diferentes das partículas lentas. Pode-se tomar a raiz quadrada de cada lado desta equação, já que ambos os lados são iguais. Entretanto, qualquer raiz quadrada real tem duas respostas, E = + m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E=+{\sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {\p}}^{2}c^{2}}}} e E = - m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E=-{\sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {\p}}^{2}c^{2}}}} . Você pode pensar na resposta com energia negativa como sendo antimatéria.

A razão pela qual isto é importante para entender a antimatéria é porque os cientistas descobriram que quando a matéria e a antimatéria se tocam, a quantidade de energia que é liberada se aproxima muito da quantidade de energia E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} diz que devem estar todas juntas nessas duas peças. A razão é que cada partícula de matéria, quando toca sua antipartícula no mundo antimatéria, ambas se transformam em energia pura, ou se aniquilam uma à outra. Esta liberação de tão alta quantidade de energia é a razão pela qual muitos escritores de ficção científica utilizam a antimatéria como combustível em suas histórias. Por exemplo, o autor Dan Brown usa a antimatéria em "Anjos e Demônios" como uma arma muito poderosa. Ela também está sendo vista como uma fonte de combustível para missões da vida real ao espaço exterior no futuro.

Onde está toda a antimatéria?

Muitos cientistas pensam que nos primeiros momentos após o Big Bang, que criou o universo há muito tempo, tanto a matéria quanto a antimatéria se misturaram. Se o Big Bang fizesse quantidades iguais de matéria e antimatéria, então os dois se aniquilariam e se tornariam energia. Depois de muito tempo, não haveria mais matéria e antimatéria, apenas energia. Mas nosso universo hoje parece que é quase toda matéria e quase nenhuma antimatéria. Os físicos ainda não sabem ao certo que quantidades iguais de matéria e antimatéria foram criadas, e por causa disso, eles também se perguntam para onde foi a antimatéria, e se sobrou alguma desde o início do universo.

Uma explicação é que havia apenas um pouco mais de matéria do que antimatéria no início, de modo que o que sobrou após a maior parte da matéria e antimatéria aniquilada em energia tornou-se o universo de maior parte da matéria que vemos hoje. Outra teoria é que há muita antimatéria no outro lado do universo, escondida muito além de nossa visão. Eles também poderiam ter formado suas próprias galáxias e sistemas solares.

Utilizações

Como a antimatéria pode produzir tanta energia, ela pode ser usada para muitas coisas, como combustível para ir para o espaço exterior, ou em nossos carros. O problema é que a antimatéria é muito cara de se fazer, e é quase tão cara de se armazenar, já que não pode tocar a matéria comum. São necessárias várias centenas de milhões de dólares para fazer menos de um milionésimo de grama de antimatéria. Na verdade, é a substância mais cara e a mais rara da Terra. Como é tão cara, isto significa que a antimatéria não é prática para ser usada como arma ou como fonte de energia, porque tão pouco dela é possível obter.

Recentemente, no entanto, os cientistas têm retido antimatéria por mais de 16 minutos (1000 seg. no total).

Ele tem um uso na medicina, porque um tipo especial de scanner chamado PET, que significa tomografia por emissão de positrons, usa positrons para entrar no corpo humano. Os médicos podem olhar a forma como o positron se transforma em energia dentro do corpo de uma pessoa, e ser capazes de dizer se algo está errado dentro de uma pessoa. Este tipo de máquina funciona de forma diferente de uma máquina de raios X ou uma máquina de ressonância magnética (MRI) e pode ajudar os médicos a ver coisas que essas outras máquinas não conseguem ver.