Dúvidas sobre antimatéria

18 de abril, 2018 às 7:29 | Postado em Estrutura da matéria, Física Nuclear, Física de Partículas

Bom dia,

Terminei o episódio sobre Antimatéria do Fronteiras da Ciência e fiquei com alguns questionamentos :

1 – Ao produzir uma partícula antialfa, a mesma poderia ser aplicada para controlar radiação alfa, ou a energia gerada por esse encontro seria mais danosa que a radiação alfa em si? Caso possível o mesmo poderia ser aplicado a outras formas de radiação?

2 – Quanto a frequência dessas Antimatérias, como se comportam perante a dualidade onda partícula? Foi dado o exemplo do positron, o anti elétron, a sua frequência tem alguma diferença para o elétron em si, devido a mudança das características?

O trabalho de vocês é excelente!

Abraços,

1) Interessante a ideia de utilizar anti-helio como controle de emissão de decaimento alfa. Entretanto, com a tecnologia atual este procedimento não é factivel. Para expor o problema quantitativamente, um emissor alfa típico é o Polônio-210 que tem uma atividade específica de 166 TBq/g (os isótopos 208 e 209 emitem com atividade 21.8 e 0.63 TBq/g, respectivamente). Isto significa que Polônio-210 emite da ordem de 166 trilhões de alfas por segundo por grama de material. Um bequerel (Bq) é a unidade SI para atividade radioativa e corresponde a um decaimento por segundo. Entretanto, a produção de anti-helio em aceleradores tem a seguinte característica. O anti-helio-4 foi produzido artificialmente pela primeira vez pela Colaboração STAR do colisor RHIC em colisões ouro-ouro em 2011 [1]. Naquela época, identificaram-se 18 eventos associados a produção do anti-helio-4. Medida similar foi feita pela colaboração ALICE do LHC (para resultados recentes veja Ref. [2]). Esta colaboração do LHC estima que poderá identificar até 5000 anti-helio-4 o próximo run-3 do colisor que se iniciará em 2021 [3].
No caso muito particular da alfa e anti-alfa aniquilarem-se em dois fótons, a energia total seria da ordem de 8 GeV, com cada fóton portando em média 4 GeV de energia. Estes são raios gama altamente energéticos (os raios gama de origem de decaimento nuclear tem energias menores que 10 MeV, tipicamente da ordem de alguns MeVs ou centenas de keVs). Como disse, seria caso muito particular pois estamos falando de objetos compostos em física hadrônica. Alfa é um estado ligado de dois prótons e dois nêutrons, enquanto anti-alfa é estado ligado de dois antiprótons e dois antinêutrons. Estes, por suas vez são estados ligados de três quarks (para prótons e nêutrons) e três antiquarks (antiprótons e antinêutrons). As reações entre partículas compostas como prótons a antiprótons são geralmente mais complexas, com a probabilidade de que os 3 quarks de valência se aniquilem simultaneamente ser muito pequena. Muito provavelmente, produziríamos uma miríade de mésons e fótons como resultado do processo.

2) O comprimento de onda de de Broglie não se altera se compararmos a partícula e sua antipartícula. O teorema CPT [4] tem como consequância que suas massas, seus spins e tempos de vida são iguais. A simetria CPT (considerada uma simetria exata da natureza em nível fundamental) se refere a combinação das transformações de conjugação de carga “C” (troca de partícula por antipartícula), transformação de paridade “P” (reversão das coordenadas em torno da origem e transformação de reversão temporal “T” (troca de t –> -t). O comprimento de onda de Broglie é inversamente linear ao momento das partículas/antipartículas.

Referência:
[1] H. Agakishiev et al. [STAR Collaboration], Nature 473, 353 (2011).
[2] S. Acharya et al. [ALICE Collaboration], Nucl. Phys. A 971, 1 (2018).
[3] B. Abelev at al. [ALICE Collaboration], J. Phys. G, Nucl. Part. Phys. 41, 087001 (2014).
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/CPT_symmetry

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Comentários no Facebook e por correio eletrônico em 18/04/2018

Eduardo Lauande – Explicações muito diretas e claras. Não obstante serem detalhadas o suficiente para mitigar a maior parte, senão a totalidade, das dúvidas.

Luiz Carlos Macedo de Oliveira Filho –  Vi a resposta agora com seu e-mail! Muito obrigado pela atenção e por uma resposta tão completa e elucidativa. Até eu engenheiro eletrônico consegui entender os conceitos. Muito obrigado e continuem com o ótimo programa Fronteiras da Ciência, parabéns.

Comentários adicionais do Prof. Magno V. T. Machado em 30/04/2018

Acho que um comentador no FB não se deu ao trabalho de ouvir o programa da rádio da UFRGS de onde se originou a pergunta ao CREF. O programa entrevistou o Prof. Cláudio Lenz Cesar que é membro da colaboração ALPHA no CERN, o qual é experimento dedicado ao estudo da antimatéria: https://home.cern/about/experiments/alpha

Publicou-se na revista Nature em 04 de abril deste ano (2018) a medida (feita pela ALPHA) mais precisa e acurada sobre antimatéria. A medida da frequência na transição 1S-2S em antihidrogênio, num salto da camada “K” para a camada “L”, excitada por um laser ultrapreciso: http://nossaciencia.com.br .