CAST explora o lado negro do universo
Original em inglês por Corinne Pralavorio – 18 Set 2015. Última atualização em 21 Set 2015.
Vídeo em timelapse do CAST seguindo o Sol pela manhã e à tarde (Vídeo: Madalin-Mihai Rosu/CERN)
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Pelos próximos 10 dias o Telescópio de Áxions Solares do CERN (CERN’s Axion Solar Telescope – CAST) receberá os raios do Sol. O curso do Sol só fica visível da janela da instalação do CAST duas vezes por ano, em março e setembro. Os cientistas vão se aproveitar desses poucos dias para melhorar o alinhamento do detector com o Sol até um décimo de um radiano.
No período fora desse alinhamento, o CAST segue o Sol, mas não consegue vê-lo. O experimento com astropartículas procura por áxions solares, partículas hipotéticas que, se acredita, interagem de modo tão fraco com a matéria comum que passam livremente pelas paredes. É para detectar essas partículas elusivas que o detector do CAST segue o movimento do Sol por uma hora e meia no nascente e outras hora e meia durante o poente.
Os áxions foram propostos como solução para solucionar uma discrepância entre a teoria do infinitamente pequeno e o que é realmente observado. Eles foram batizados com uma marca de sabão em pó porque sua existência pode permitir a “limpeza” da teoria. Se eles existirem, os áxions podem também ser bons candidatos para a vaga de matéria escura do universo.. Acredita-se que a matéria escura represente 80% da matéria do universo, porém sua verdadeira natureza ainda é desconhecida.
Depois de 12 anos de pesquisa, o CAST (ainda) não detectou áxions solares, mas já estabeleceu os limites mais restritivos para sua força de interação. Por conta disso, a experiência se tornou a referência global sobre o assunto.
Pesquisadores e membros da colaboração CAST instalam seus equipamentos para alinhar o telescópio com a posição do Sol. (Imagem: Sophia Bennett/CERN)Ao longo de dois anos, a colaboração que envolve cerca de 70 pesquisadores de 20 e tantos institutos, também procurou por outro tipo de partícula hipotética: camaleões. Estas foram propostas para soluconar o problema da energia escura. A energia escura que, como seu nome sugere, permanece misteriosa e indetectável, e tida como representante de 70% de toda a energia do universo e como responsável pela expansão observada no cosmos. Teorias propõem que essa energia escura seja uma quinta força fundamental e que as partículas camaleão podem comprovar a existência dessa força. Elas foram batizadas com o nome do réptil porque, se acredita, elas podem interagir de formas diferentes segundo a densidade do material com quem interagem.
Se as camaleões existirem, elas poderiam, tal como os áxions, ser também produzidas pelo Sol e detectadas pelo CAST. A colaboração acaba de instalar dois novos detectores nas extremidades na ponta do magneto. E também está se preparando para instalar um sensor inovativo com uma membrana ultra fina, capaz de detectar um deslocamento da ordem de 10-15 metros – o tamanho de um núcleo atômico!
Experiência ALPHA do CERN mede a carga do anti-hidrogênio
Original em inglês porCian O’Luanaigh em 3 Jun 2014: CERN’s ALPHA experiment measures charge of antihydrogen.
Detalhe da experiência ALPHA: Inserção da Armadilha Penning do ALPHA trap no criostato que contém os magnetos confinadores do anti-hidrogênio (Imagem: Niels Madsen)
Em um artigo publicado hoje na Nature Communications, a experiência ALPHA no Desacelerado Antipróton (Antiproton Decelerator = AD) relata a medição da carga elétrica de átomos de anti-hidrogênio, que revelou ser a mesma compatível com zero até a oitava casa decimal. Embora esse resultado não seja surpresa alguma, uma vez que os átomos de hidrogênio são eletricamente neutros, esta é a primeira vez que a carga de um anti-átomo foi medida com uma precisão tão alta.
“Esta foi a primeira vez que fomos capazes de estudas o anti-hidrogênio com alguma precisão”, relata o porta-voz da ALPHA, Jeffrey Hangst. “Estamos otimistas quanto ao fato de que a técnica de confinamento do ALPHA permitirá vários desses vislumbres no futuro. Aguardamos pelo reinício do programa AD em agosto, de forma poder continuar a estudar o anti-hidrogênio com uma precisão cada vez maior”.
As antipartículas deveriam ser idênticas às partículas de matéria, exceto pelo sinal da carga elétrica. Assim é que o átomo de hidrogênio é composto de um próton com carga +1 e um elétron com carga -1, o átomo de anti-hidrogênio consiste de um antipróton com carga -1 e um posítron com carga +1. Entretanto, também sabemos que matéria e antimatéria não opostos exatos – a natureza parece ter uma preferência de 1 contra 10 bilhões pela matéria sobre a antimatéria, o que torna importante medir as propriedades de matéria e antimatéria com grande precisão: o objetivo principal dos experimentos do AD do CERN. O ALPHA consegue isto por meio de um complexo sistema de confinamento de partículas que permite a produção e armazenagem de átomos de anti-hidrogênio por períodos suficientemente longos para estudá-los em detalhe. A compreensão da assimetria entre matéria e antimatéria é um dos maiores desafios da física atual. Qualquer diferença detectável entre matéria e antimatéria poderia ajudar a resolver o mistério e abrir uma janela para uma nova física.
Para medir a carga do anti-hidrogênio, a experiência ALPHA estudou as trajetórias dos átomos de anti-hidrogênio na presença de um campo elétrico. Se os átomos de anti-hidrogênio tivessem uma carga elétrica, o campo os desviaria, enquanto que átomos neutros não seriam afetados. O resultado, baseado em 386 eventos registrados, dá uma carga elétrica para o anti-hidrogênio de (-1.3±1.1±0.4) × 10-8, sendo os números “±” representativos das incertezas estatísticas e sistemáticas das medições.
Com o reinício da cadeia de aceleradores do CERN a caminho, o programa de pesquisa de antimatéria do laboratório também será reiniciado. Experimentos que incluem o ALPHA-2, uma versão melhorada da experiência ALPHA, vão colher dados, juntamente com as experiências ATRAP e ASACUSA, assim como o “novato” AEGIS que vai medir a influência da gravidade sobre o anti-hidrogênio.
Artigo na Nature Communications: “An experimental limit on the charge of antihydrogen
Antimatéria = Antigravidade (???)
University of California – Berkeley
A antimatéria é antigravidade?
Primeira medição direta do peso da antimatéria, comparado ao da matéria normal
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IMAGEM:A antimatéria é um negócio esquisto Ela tem a carga elétrica oposta à da matéria normal e, quando se encontra com sua contraparte, as duas se aniquilam, gerando um clarão de luz.
Quatro físicos da Universidade da Califórnia em Berkeley estão se perguntando se a matéria e a antimatéria seriam afetadas pela gravidade de maneira diferente. Será que a antimatéria poderia cair para cima – ou seja, exibir antigravidade – ou cair para baixo com uma aceleração diferente da matéria normal?
Quase todo o mundo, inclusive os físicos, acham que a antimatéria provavelmente vai cair da mesma forma que a matéria normal, mas ninguém até agora deixou antimatéria cair para ver se isso é verdade, argumenta Joel Fajans, professor de física da UC Berkeley. E, embora existam muitos indícios indiretos de que antimatéria e matéria pesem a mesma coisa, todos eles dependem de suposições que podem não ser corretas. Alguns poucos teóricos argumentam que alguns busílis cosmológicos, tais como, por exemplo, por que existe mais matéria do que antimatéria, poderiam ser explicados se a antimatéria caísse para cima.
Em um novo artigo publicado online em 30 de abril na Nature Communications, os físicos da UC Berkeley e seus colegas da experiência ALPHA no CERN em Genebra, relatam a primeira medição direta do efeito da gravidade sobre a antimatéria, especificamente anti-hidrogênio em queda livre. Embora os resultados estejam longe de serem definitivos – a incerteza é cerca de 100 vezes maior do que a medição esperada – a experiência da UC Berkeley aponta na direção de uma resposta definitiva sobre a questão fundamental de se a antimatéria cai para cima ou para baixo.
“Esta é a primeira palavra, não a última”, diz Fajans. “Nós demos os primeiros passos na direção de uma experiência direta de questões que físicos e não-físicos têm matutado por mais de 50 anos. Certamente nós esperamos que a antimatéria caia para baixo, mas pode bem ser que tenhamos uma surpresa”.
Fajans e seu colega físico, professor Jonathan Wurtele, se valeram de dados do Aparato Laser de Física de Anti-hidrogênio (Antihydrogen Laser Physics Apparatus = ALPHA) no CERN. A experiência captura antiprótons e os combina com antielétrons (posítrons) para fabricar átomos de anti-hidrogênio, os quais são armazenados e estudados por uns poucos segundos em uma armadilha magnética. Depois, no entanto, a armadilha é desligada e os átomos caem para fora. Os dois pesquisadores perceberam que, analisando como o anti-hidrogênio cai da armadilha, eles poderiam estabelecer se a gravidade atuava sobre o anti-hidrogênio de maneira diferente da que atua sobre o hidrogênio.
O anti-hidrogênio não se comportou de maneira estranha, de forma que eles calcularam que ele não pode ser mais do que 110 vezes mais pesado do que o hidrogênio. Se a antimatéria for antigravitacional – coisa que eles ainda não podem descartar – ele não acelera para cima a mais de 65 Gs.
“Precisamos fazer melhor e esperamos fazê-lo nos próximos anos”, diz Wurtele. A experiência ALPHA está passando por aperfeiçoamentos e deve fornecer dados mais precisos quando voltar a operar em 2014.
