Antimatéria

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A antimatéria consiste em matéria composta de antipartículas das partículas que constituem a matéria normal. Um átomo de antihidrogênio, por exemplo, é composto de um antipróton de carga negativa orbitado por um posítron de carga positiva. Se um par partícula/antipartícula entra em contato estes se aniquilam entre si produzindo energia que pode manifestar-se na forma de outras partículas, antipartículas ou radiação eletromagnética.

Em 1995 conseguiu-se produzir anti-átomos de hidrogênio, assim como núcleos de antideutérios. criados a partir de um antipróton e um antinêutron, porém não se obteve sucesso na obtenção de antimatéria de maior complexidade. A antimatéria cria-se no universo como resultado da colisão entre partículas de alta energia, como ocorre no centro das galáxias, entretanto, não se tem detectado nenhum tipo de antimatéria como resíduo do Big Bang, coisa que ocorre com a matéria normal. A desigual distribuição entre a matéria e a antimatéria no universo tem sido, durante muito tempo, um mistério. A solução mais provável reside em certa assimetria nas propriedades dos mesons-B e suas antipartículas, os anti-mesons-B [1].

Os posítrons e os antiprótons podem ser armazenados num dispositivo denominado "armadilha" (Penning trap, em inglês), que usa uma combinação de campos magnéticos e elétricos. Para a criação de armadilhas que retenham átomos completos de antihidrogênio foram empregados campos magnéticos muito intensos, assim como temperaturas muito baixas. As primeiras destas armadilhas foram desenvolvidas pelos projetos ATRAP e ATHENA. O símbolo que se usa para descrever uma antipartícula é o mesmo símbolo da partícula normal, porém com um traço sobre o símbolo. Por exemplo, o antipróton é simbolizado como: $(\bar{\mbox{p}})$ .

As reações entre matéria e antimatéria tem aplicações práticas na medicina como, por exemplo, na Tomografia por emissão de posítrons ( PET ).

[editar] A antimatéria como combustível

As colisões entre matéria e antimatéria convertem toda a massa possível das partículas em energia. Esta quantidade é muito maior que a energia química ou mesmo a energia nuclear que se pode obter atualmente através de reações químicas ou fissão nuclear. A reação de 1 kg de antimatéria com 1 kg de matéria produziria 1.8×10¹⁷ J de energia ( segundo a equação E=mc² ). Em contraste, queimar 1 Kg de petróleo produziria 4.2×10⁷ J, e a fusão nuclear de 1 Kg de hidrogênio produziria 2.6×10¹⁵ J.

A escassez de antimatéria significa que não existe uma disponibilidade imediata para ser usada como combustível. Gerar somente um antipróton é imensamente difícil e requer aceleradores de partículas, assim como imensas quantidades de energia ( muito maior do que a obtida pelo aniquilamento do antipróton ), devido a ineficiência do processo. Os métodos conhecidos para produzir antimatéria também produzem uma quantidade igual de matéria normal., de forma que o limite teórico do processo é a metade da energia administrada se converter em antimatéria. Inversamente, quando a antimatéria é aniquilada com a matéria ordinária a energia emitida é o dobro da massa de antimatéria, de forma que o armazenamento de energia na forma de antimatéria poderia apresentar ( em teoria ) uma eficiência de 100%.

Na atualidade a produção de antimatéria é muito limitada, porém tem aumentado em progressão geométrica desde o descobrimento do primeiro antipróton em 1995. A taxa atual de produção de antimatéria é entre 1 e 10 nanogramas por ano, esperando-se um incremento substancial com as novas instalações do CERN e da Fermilab.

Considerando as partículas mais elementares que se conhecem actualmente: Lépton (Elétron, Elétron-neutrino, Múon, múon-neutrino, Tau e Tau-neutrino), Quarks (Up, Down, Charm, Strange, Top e Bottom) e Bósons (Fótons, Glúons, Bósons vetoriais mediadores e grávitons), podemos dizer que para cada uma delas, existe uma antipartícula, com massa igual porém com carga eléctrica e momento magnético inverso. Elas dão origem ao antielétron (chamado também de pósitron), ao antipróton e ao antinêutron - a antimatéria, portanto.