Físicos vão testar o impossível: transformar a luz em matéria

Pietro Zuco / Flickr

A mais famosa equação da história, o E=mc² de Einstein, fala sobre a relação entre a massa e a energia, e sobre a quantidade de energia que é produzida quando a matéria é transformada em energia.

Um grupo de cientistas está prestes a inverter a equação: transformar a energia em matéria, algo teorizado há 84 anos, mas que os próprios teóricos achavam impossível ser posto em prática.

Os físicos do Imperial College London vão testar na prática a teoria dos físicos Gregory Breit e John A. Wheeler, que publicaram um artigo no qual abordavam o tema em 1934 na revista Physical Review.

No artigo, Breit e Wheeler propuseram que, se colidisse dois fotões, ou seja, duas partículas de luz, a colisão resultaria num positrão e um eletrão, criando assim matéria a partir da luz.

“Esta seria uma demonstração pura da famosa equação de Einstein que relaciona energia e massa: E = mc², que nos diz quanta energia é produzida quando a matéria é transformada em energia”, explica o investigador sénior e professor de física Steven Rose. “O que estamos a fazer é o mesmo, mas ao contrário: transformar a energia do fotão em massa, ou seja, m = E / c²“.

O problema em testar a teoria é que seriam necessárias partículas de alta energia para que o teste fosse feito, o que não é fácil conseguir.

Mesmo Breit e Wheeler acreditavam que seria impossível, observando que seria “impossível tentar observar a formação dos pares em experiências de laboratório”.

Mesmo com mais otimismo dos cientistas nos últimos anos, as configurações experimentais exigiram a adição de partículas massivas de alta energia, e isso nunca foi observado.

Os físicos do Imperial College London, liderados pelo professor Steven Rose, apresentaram uma maneira de testar a teoria que não dependia desses acréscimos de partículas em 2014, e agora uma experiência está prestes a ser executada na esperança de transformar a luz diretamente em matéria pela primeira vez.

O sistema desenvolvido envolve dois feixes de laser de alta potência, que estão a ser usados ​​para criar os fotões de luz que colidirão. Um dos fotões tem cerca de 1000 vezes a energia dos fotões que produzem luz visível, e o outro tem mil milhões de vezes essa energia.

Os feixes de laser são focados em dois pequenos alvos separados dentro de uma câmara-alvo, que contém ótica complexa usada para focar os feixes de laser e os ímanes usados ​​para desviar as partículas carregadas. São os positrões carregados que saem da colisão que a equipa irá procurar para confirmar se o processo foi um sucesso.

Se a experiência for bem-sucedida, os cientistas vão detetar positrões, mas terão que realizar uma análise cuidadosa dos dados antes que esses positrões possam ser confirmados como originários do processo Breit-Wheeler e não de outros processos de fundo.

“Quando Gregory Breit e John Wheeler propuseram pela primeira vez o mecanismo em 1934, usaram a então nova teoria da interação entre luz e matéria conhecida como eletrodinâmica quântica (QED). Enquanto todas as outras previsões fundamentais de QED foram demonstradas experimentalmente, o processo Breit-Wheeler de dois fotões nunca foi visto”, diz Stuart Mangles, o outro cientista responsável pelo projeto.

Se funcionar, a experiência não será simplesmente surpreendente por si só, mas também nos pode ajudar a entender o universo um pouco melhor.

“Se pudermos demonstrar isso agora, estaríamos a recriar um processo que foi importante nos primeiros 100 segundos do universo e que também é visto em explosões de raios gama, que são as maiores explosões no universo e uma das maiores mistérios não solucionados da física”, complementa Mangles.