Cientistas prendem pósitron por meses: como o experimento pode explicar o Universo
Uma equipe de cientistas da Universidade Northwestern, no Estados Unidos, capturou um pósitron — a antipartícula do elétron — e o manteve isolado por meses. O avanço, descrito em um estudo publicado em outubro na revista científica Physical Review Letters, pode ajudar a investigar por que o Universo é formado predominantemente por matéria.
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O equipamento desenvolvido pelos pesquisadores permite aprisionar a partícula por longos períodos e, com isso, comparar as propriedades de elétrons e pósitrons com mais precisão. Segundo Gerald Gabrielse, líder da pesquisa, encontrar diferenças entre eles poderia representar a maior descoberta da física no último século.
Como os cientistas capturaram o pósitron
O principal obstáculo para estudar a antimatéria é evitar que ela entre em contato com a matéria comum. Quando isso ocorre, as duas se aniquilam e liberam energia. Para contornar o problema, a equipe criou um equipamento chamado cíclotron quântico de um único pósitron.
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O processo começa com uma fonte radioativa de sódio-22, que emite pósitrons com alta energia. Antes de estudá-los, os pesquisadores precisam resfriá-los até 300 milikelvins, uma temperatura próxima do zero absoluto.
Em seguida, os cientistas formam temporariamente o positrônio, estrutura composta por um elétron e um pósitron. Sem carga elétrica, ele atravessa uma abertura de apenas 625 micrômetros e entra em uma armadilha. Um campo elétrico intenso separa as partículas e mantém o pósitron preso.
A captura de uma partícula leva entre oito e 11 horas. Depois, o pósitron pode ficar isolado por meses, tempo que permite aos pesquisadores estudar suas propriedades.
Experimento busca explicar o desequilíbrio no Universo
O estudo investiga por que há mais matéria do que antimatéria no Universo. As previsões do Modelo Padrão da física de partículas indicam que o Big Bang deveria ter produzido quantidades equivalentes das duas, mas o Universo atual é composto predominantemente por matéria.
Uma maneira de investigar essa diferença é comparar partículas e antipartículas. Elétron e pósitron têm a mesma massa e cargas elétricas opostas; seus momentos magnéticos também devem corresponder com sinais opostos.
Se forem encontradas diferenças nessas propriedades, o resultado poderá questionar princípios fundamentais da física moderna. A equipe já havia medido, em 2023, o fator g do elétron com precisão de 0,13 partes por trilhão. Essa grandeza está relacionada ao momento magnético da partícula.
Nova técnica pode aumentar precisão das medições
A principal referência para comparar elétrons e pósitrons foi estabelecida em 1987, com precisão de 2,1 partes por trilhão. Com o novo cíclotron quântico, os pesquisadores estimam que poderão melhorar em aproximadamente 30 vezes a precisão da medição do momento magnético do pósitron.
A equipe ainda não fez a medição de alta precisão pretendida. Até agora, o experimento demonstrou que o equipamento consegue manter a antipartícula isolada por meses, superando uma das dificuldades técnicas da pesquisa.
O próximo objetivo é usar essa capacidade para investigar as propriedades magnéticas do pósitron. Diferenças em relação ao elétron poderiam fornecer pistas sobre o desequilíbrio entre matéria e antimatéria no Universo.
Editoria:
Redação Tecnologia e Games
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