Experimento vai criar matéria e antimatéria a partir da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/05/2014

Descrição básica do experimento - todas as tecnologias necessárias para realizá-lo já existem.
[Imagem: Oliver Pike et al. - 10.1038/nphoton.2014.95]

Em 1934, os físicos Gregory Breit e John Wheeler apresentaram uma teoria que descreve como criar matéria a partir de luz pura.

Na época, eles descartaram a ideia de que tal fenômeno pudesse ser observado em laboratório por causa das dificuldades da criação do experimento necessário.

A proposta é criar matéria da forma mais básica possível, gerando partículas elementares.

Supernova em uma garrafa

Agora, Oliver Pike e seus colegas do Imperial College, de Londres, afirmam ter descoberto uma maneira de realizar este sonho.

Eles propõem usar lasers de alta energia disparados contra um invólucro especial de ouro para converter fótons em pares de partículas de matéria e antimatéria.

Em essência, o experimento deverá recriar o que se acredita acontecer em grandes explosões estelares conhecidas como supernovas.

A área é promissora: várias outras interações básicas entre matéria e luz têm sido descritas, comprovadas por experimentos, e geralmente premiadas com o Nobel de Física.

Um exemplo é a proposta de Paul Dirac, feita pouco antes, em 1930, de que um elétron e seu equivalente de antimatéria, um pósitron, poderiam ser aniquilados em uma colisão para produzir dois fótons, efetivamente transformando matéria em luz.

Breit e Wheeler previram o reverso dessa reação, com dois fótons se chocando para produzir matéria e antimatéria - um pósitron e um elétron.

O trabalho agora realizado por Pike também é teórico, mas tem a grande vantagem de criar um experimento que inclui apenas tecnologias que já existem para compor um "colisor fóton-fóton", capaz de converter a luz diretamente em matéria.

Interações básicas entre matéria e luz têm sido descritas, comprovadas por experimentos, e geralmente premiadas com o Nobel de Física.
[Imagem: Oliver Pike/Imperial College London]

Como transformar luz em matéria

O experimento proposto envolve duas etapas principais.

Na primeira, um laser de alta intensidade acelera elétrons até um pouco abaixo da velocidade da luz. Esses elétrons são então disparados contra uma lâmina de ouro para criar um feixe de fótons um bilhão de vezes mais energéticos do que a luz visível.

Na segunda etapa do experimento, deverá ser usada uma pequena cápsula também de ouro, chamada hohlraum (termo em alemão para "sala vazia"), a mesma que está sendo usada nos experimentos de fusão nuclear.

Quando outro laser de alta energia acertar o hohlraum, ele criará um campo de radiação térmica, gerando luz semelhante à luz emitida por estrelas, compondo um segundo feixe de fótons - Pike chama o experimento de "supernova em uma garrafa".

Finalmente, o feixe de fótons da primeira fase do experimento será dirigido para passar através do centro do recipiente de ouro, fazendo com que os fótons das duas fontes colidam, formando então a matéria e a antimatéria, ou seja, elétrons e pósitrons.

Essa matéria criada da luz poderá ser detectada quando sair do recipiente, que não então será mais uma sala tão vazia.

"Como somos teóricos, estamos agora conversando com outras pessoas que podem usar as nossas ideias para realizar este experimento histórico," disse o professor Steve Rose, membro do grupo.

Este é o famoso hohlraum, a cápsula onde fica o combustível para a fusão nuclear no laboratório NIF (EUA).
[Imagem: LLNL]

Experimento elegante

Quando o experimento for realizado, na verdade não será a primeira vez que a luz terá sido convertida em matéria em laboratório.

Em 1997, Thomas Koffas fez isso usando o acelerador de partículas da Universidade de Stanford (SLAC - Stanford Linear Accelerator Centre).

Contudo, em vez do experimento simples e básico - ou "elegante", como os físicos chamam essas demonstrações fundamentais - eles fizeram a coisa por atacado, por assim dizer.

No experimento do SLAC, os elétrons produziram fótons, que então passaram por múltiplas colisões dentro da mesma câmara, produzindo elétrons e prótons - o experimento passou a ser conhecido como processo Breit-Wheeler multifotônico.

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