{"id":682,"date":"2018-06-21T23:50:38","date_gmt":"2018-06-22T02:50:38","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/?p=682"},"modified":"2018-07-03T22:53:25","modified_gmt":"2018-07-04T01:53:25","slug":"antimateria-o-material-mais-caro-do-mundo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/2018\/06\/21\/antimateria-o-material-mais-caro-do-mundo\/","title":{"rendered":"Antimat\u00e9ria: O material mais caro do mundo! (V.4,N.6,2018)"},"content":{"rendered":"

O que vem a sua cabe\u00e7a quando o assunto \u00e9 um material caro? A minha vem tinta de impressora, que custa ~R$20.000\/litro (considerando um cartucho de 4 ml por R$80,00) e ouro, que custa ~R$15.000\/kg. Acontece que estes valores n\u00e3o s\u00e3o ao menos compar\u00e1veis com o gasto para se produzir antimat\u00e9ria: Uma estimativa feita por G.R. Schmidt\u00a0<\/a>et al<\/a><\/em>.<\/a> conclui que o custo para a produ\u00e7\u00e3o de antipr\u00f3tons \u00e9 de ~R$24.000.000.000.000\/g (24 trilh\u00f5es de reais por grama, o que equivale a mais de 3,5 vezes o PIB brasileiro<\/a>)!! Mas se antimat\u00e9ria \u00e9 t\u00e3o cara, por que pesquisamos ela? Hoje tentaremos entender o que \u00e9 antimat\u00e9ria, em um pr\u00f3ximo artigo iremos discutir algumas pesquisas e aplica\u00e7\u00f5es atuais neste t\u00f3pico fascinante da f\u00edsica.<\/p>\n

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O que \u00e9 antimat\u00e9ria? Senta que l\u00e1 vem hist\u00f3ria!<\/h2>\n
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Paul A. M. Dirac (1902-1984) f\u00edsico brit\u00e2nico.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Tudo come\u00e7a quando P. Dirac<\/a>\u00a0tenta juntar a teoria da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica com a teoria da relatividade especial. A equa\u00e7\u00e3o de Dirac faz uma previs\u00e3o bastante estranha: ela diz que as part\u00edculas podem ter valores negativos de energia. Isto significaria que um el\u00e9tron poderia emitir radia\u00e7\u00e3o para sempre, ficando cada vez com energias mais negativas, o que n\u00e3o \u00e9 aceit\u00e1vel do ponto de vista f\u00edsico.<\/p>\n

Para consertar esta inconsist\u00eancia do seu modelo, Dirac apela ao chamado princ\u00edpio de exclus\u00e3o de Pauli<\/a><\/strong>, que diz que duas part\u00edculas id\u00eanticas n\u00e3o podem ocupar o mesmo estado qu\u00e2ntico<\/strong>.\u00a0 Para cada valor de energia existe um n\u00famero limitado de estados qu\u00e2nticos dispon\u00edveis, mas como cada estado s\u00f3 pode ser ocupado por uma part\u00edcula, existe um n\u00famero m\u00e1ximo de part\u00edculas que podem ter a mesma energia<\/strong>.<\/p>\n

Dirac argumenta que todos os estados relacionados a energias negativas est\u00e3o ocupados, assim uma part\u00edcula n\u00e3o poderia ir para um estado de energia negativa, isto ficou conhecido como Mar de Dirac\u00b9.\u00a0<\/strong>Uma consequ\u00eancia do mar de Dirac \u00e9 que o consideramos como v\u00e1cuo n\u00e3o \u00e9 vazio, existe uma infinidade de part\u00edculas nos estados de energia negativa.<\/p>\n

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Carl D. Anderson (1905-1991), f\u00edsico estadunidense<\/span>.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Vamos pensar no caso de el\u00e9trons, podemos fornecer energia para um desses el\u00e9trons com energia negativa de forma que ele passe a ter energia positiva. Para um observador, vai parecer que um el\u00e9tron surgiu do nada, quando na realidade ele foi excitado do v\u00e1cuo; Al\u00e9m disso, haver\u00e1 uma falta de carga negativa no mar de Dirac, este “buraco” pode ser descrito como uma part\u00edcula de carga positiva, que chamamos de antiel\u00e9tron (ou antipart\u00edcula no caso mais geral). Esta \u00e9 uma das rea\u00e7\u00f5es que caracterizam antipart\u00edculas, chamada cria\u00e7\u00e3o de pares,\u00a0<\/strong>onde \u00e9 poss\u00edvel criar um par part\u00edcula-antipart\u00edcula acumulando energia suficiente em um ponto.<\/p>\n

Na interpreta\u00e7\u00e3o de Dirac, uma antipart\u00edcula nada mais \u00e9 do que um espa\u00e7o vago no mar de Dirac, assim um el\u00e9tron pode perder energia emitindo radia\u00e7\u00e3o e indo pro estado qu\u00e2ntico vago descrito pelo antiel\u00e9tron. Um observador veria um el\u00e9tron colidindo com um antiel\u00e9tron, depois da colis\u00e3o ambos sumiriam e energia seria emitida na forma de radia\u00e7\u00e3o, esta \u00e9 outra das rea\u00e7\u00f5es que caracterizam antimat\u00e9ria, a aniquila\u00e7\u00e3o de pares<\/strong>.<\/p>\n

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Fotografia da c\u00e2mara de nuvem mostrando primeiro p\u00f3sitron observado.\u00a0Anderson, C. D. (1933). “The Positive Electron”. Physical Review 43 (6): 491\u2013494.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Parece ideia de maluco? Sim, como diria Carl Sagan, “alega\u00e7\u00f5es extraordin\u00e1rias exigem evid\u00eancias extraordin\u00e1rias”. Em 1932, um ano ap\u00f3s a previs\u00e3o de Dirac, um f\u00edsico chamado C. Anderson observou pela primeira vez o antiel\u00e9tron em um experimento utilizando um detector chamado c\u00e2mara de nuvens<\/a><\/strong>. No artigo em que relata sua descoberta, Anderson cria o nome pelo qual popularmente conhecemos o antiel\u00e9tron: p\u00f3sitron\u00b2.<\/p>\n

Como produzir antimat\u00e9ria?<\/h2>\n

Em pequenas quantidades, antimat\u00e9ria existe de maneira natural. Por exemplo: Em m\u00e9dia, uma banana emite um p\u00f3sitron a cada 75 minutos<\/a>, pois possui em sua composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica um is\u00f3topo radioativo de pot\u00e1ssio (40<\/sup>K) que sofre decaimento \u03b2+<\/a>, mas como o nosso universo \u00e9 feito predominantemente de mat\u00e9ria, rapidamente este p\u00f3sitron encontra um el\u00e9tron e eles se aniquilam, sobrando somente radia\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

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Rastros de antimat\u00e9ria tamb\u00e9m s\u00e3o detectados no espa\u00e7o, um exemplo s\u00e3o os raios c\u00f3smicos que possuem antipr\u00f3tons (p\u0304) devido a rea\u00e7\u00e3o p+A \u2192 p+A+p+p\u0304, onde A \u00e9 um n\u00facleo at\u00f4mico e p \u00e9 um pr\u00f3ton. Por\u00e9m esta rea\u00e7\u00e3o \u00e9 bastante ineficiente, assim a propor\u00e7\u00e3o em rela\u00e7\u00e3o a mat\u00e9ria \u00e9 bastante baixa.<\/p>\n

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Parte do Large Hadron Colider (LHC), um acelerador de part\u00edculas na Su\u00ed\u00e7a.<\/figcaption><\/figure>\n

Podemos tamb\u00e9m produzir antipr\u00f3tons em um acelerador de part\u00edculas, em m\u00e9dia, a cada 10.000 colis\u00f5es de pr\u00f3tons \u00e9 gerado um antipr\u00f3ton, \u00e9 isto que torna a produ\u00e7\u00e3o de antimat\u00e9ria t\u00e3o cara, pois antes de cada colis\u00e3o os pr\u00f3tons s\u00e3o acelerados at\u00e9 energias da ordem de 100 GeV (giga eletron-volt), ou posto em unidades mais comuns, gastar\u00edamos 2,676 TWh (~ 3% da produ\u00e7\u00e3o anual da usina de Itaipu<\/a>) para cada grama de pr\u00f3ton acelerado, considerando uma efici\u00eancia de 100% na transfer\u00eancia de energia! Lembrando que precisamos acelerar 10 kg de pr\u00f3tons para obter 1g de antipr\u00f3tons.<\/p>\n

Outro problema \u00e9 como armazenar antimat\u00e9ria, devido a aniquila\u00e7\u00e3o de pares n\u00e3o podemos deixar antipart\u00edculas expostas a um ambiente cheio de part\u00edculas, isto exige um equipamento que consiga produzir uma ambiente de v\u00e1cuo muito bom (N\u00e3o da pra carregar antimat\u00e9ria numa maleta, ouviu Dan Brown??\u00b3). Existem algumas armadilhas magn\u00e9ticas capazes de armazenar antipart\u00edculas por tempo suficiente para que possamos estud\u00e1-las, alguns cientistas do CERN, j\u00e1 foram capazes de produzir \u00e1tomos de anti-hidrog\u00eanio e mant\u00e9-los por 16 minutos<\/a>.<\/p>\n