Físicos do CERN arrefecem antimatéria a laser pela primeira vez

(dr) Chukman So

Átomos de anti-hidrogénio presos a serem arrefecidos

Físicos da Colaboração ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), do CERN, demonstraram com sucesso o arrefecimento a laser do anti-hidrogénio, o átomo da antimatéria que consiste num antiprotão e um positrão.

Uma equipa de físicos conseguiu, pela primeira vez, arrefecer átomos de anti-hidrogénio usando luz laser. A técnica, conhecida como arrefecimento a laser, foi demonstrada pela primeira vez há 40 anos em matéria normal e, atualmente, é a base de muitos campos de pesquisa.

“A capacidade de arrefecer átomos de anti-hidrogénio a laser representa uma revolução para medições espectroscópicas e gravitacionais e pode levar a novas perspetivas na pesquisa de antimatéria, como a criação de moléculas de antimatéria e o desenvolvimento da interferometria de átomos de anti-hidrogénio”, disse Jeffrey Hangst, porta-voz da Colaboração ALPHA, citado pelo Sci-News.

“Há cerca de uma década, o arrefecimento de antimatéria a laser estava no reino da ficção científica”, completou.

A equipa produziu átomos de anti-hidrogénio colocando antiprotrões de um Desacelerador de Antiprotões e ligando-os a antieletrões (ou positrões) criados por uma fonte de sódio-22. Depois, confinou os átomos de anti-hidrogénio resultantes numa armadilha magnética que os impede de entrar em contacto com a matéria e de se aniquilarem.

Os cientistas realizaram ainda estudos espectroscópicos – a medicação da resposta dos átomos de antimatéria à radiação eletromagnéticas -, que permitiram medir a transição eletrónica 1S-2S em anti-hidrogénio com uma precisão sem precedentes.

No entanto, a precisão das medições espectroscópicas e de outras medições, como o comportamento do anti-hidrogénio no campo gravitacional da Terra, é limitada pela energia cinética ou pela temperatura, dos átomos de antimatéria.

É aqui que entra o arrefecimento a laser. Nesta técnica, os fotões do laser são absorvidos pelos átomos, fazendo com que estes atinjam um estado de energia mais alto.

Os átomos de antimatéria emitem os fotões e decaem espontaneamente de volta ao seu estado inicial. Como a interação depende da velocidade dos átomos, e como os fotões lhes conferem impulso, repetir muitas vezes esse ciclo de absorção-emissão causa o arrefecimento dos átomos.

Neste novo estudo, os cientistas da ALPHA foram capazes de arrefecer a laser uma amostra de átomos de anti-hidrogénio magneticamente aprisionados, conduzindo repetidamente os átomos de anti-hidrogénio do estado de menor energia (o estado 1S) para um estado de alta energia (2P) usando luz laser pulsada com frequência ligeiramente inferior à da transição entre os dois estados.

Depois de iluminar os átomos presos por várias horas, os físicos observaram uma diminuição de mais de dez vezes na energia cinética média dos átomos, com muitos dos átomos de anti-hidrogénio a atingir energias abaixo de um microeletronvolt (cerca de 0,012 graus acima do zero absoluto, em equivalente de temperatura).

“Com esta técnica, podemos resolver mistérios de longa data: Como é que a antimatéria responde à gravidade? A antimatéria pode ajudar-nos a entender as simetrias na física?”, disse Takamasa Momose, da University of British Columbia.

Além disso, como átomos mais frios ocupam menos espaço, esta técnica de arrefecimento pode ajudar a melhorar as técnicas de aprisionamento da antimatéria e mantê-la sob controlo. O artigo científico foi recentemente publicado na Nature.

“Agora, podemos sonhar com coisas ainda mais loucas com a antimatéria”, rematou Makoto Fujiwara, físico do TRIUMF, o centro acelerador de partículas do Canadá.

Liliana Malainho Liliana Malainho, ZAP //

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