O que está acontecendo com a ANTIMATÉRIA no CERN? | Astrum Brasil

dê uma olhada ao seu redor tudo que você vê desde a pele da sua mão até a tela em que está assistindo a Este vídeo é uma combinação diferente dos mesmos Três blocos de construção da matéria prótons nêutrons e elétrons agora vamos olhar um pouco mais longe digamos para Marte ou para a Galáxia de Andrômeda ou até mesmo para a metade do universo observável e ainda sim a matéria feita de prótons nêutrons e elétrons até onde a vista alcança a princípio isso não pode parecer tão surpreendente Mas pela primeira vez o mistério aqui não é

que vimos algo que não podemos explicar mas sim que não vimos algo que esperávamos um universo totalmente abundante em antimatéria eu sou Denis Ariel e você está assistindo ao astrum Brasil junte-se a mim hoje Enquanto exploramos o mundo da antimatéria E aprendemos sobre suas interações com outras partículas e até mesmo com a gravidade ao final deste vídeo você provavelmente concordará que a antimatéria é um pouco estranha mas também verá Porque alguns físicos estão frustrados por ela não ser estranha o suficiente vamos esclarecer uma coisa primeiro embora possa parecer algo saído da ficção científica a antim

é bem real ela constitui uma parte crítica do modelo padrão da física de partículas e partículas de antimatéria foram observadas em experimentos que remontam a quase um século a primeira detecção de antimatéria remonta um experimento de 1932 conduzido por Carl Anderson na ctec usando uma câmara de nuvens imersa em um campo magnético quando partículas carregadas do espaço cideral amplamente chamadas de Raios cósmicos interceptam a órbita da Terra e voam através desta Câmara o campo magnético curva seus caminhos De acordo com a carga e a massa de cada partícula e as nuvens mostram uma impressão visível

de suas resultantes trajetórias Anderson esperava que esse experimento ajudasse a determinar Que tipos de partículas estavam fluindo do Cosmos para a terra e ele pode ter encontrado um pouco mais do que esperava O que Anderson viu foi que esses Raios cósmicos incluíam partículas com carga positiva e negativa as massas das partículas carregadas negativamente se alinhavam exatamente com a massa conhecida de um elétron Mas algumas das partículas carregadas positivamente eram leves demais para serem prótons em vez disso elas pareciam também ter a massa de um elétron apesar de terem carga oposta Então essas partículas nunca antes

vistas passaram a ser conhecidas como anti-elétrons ou mais tarde chamadas de positrons em 1936 Anderson ganharia o prêmio Nobel de Física por esta descoberta enquanto isso um físico britânico que também estava destinado a ganhar o Nobel vinha desenvolvendo uma descrição dos elétrons que se encaixaria perfeitamente na estrutura da teoria quântica de Campos seu nome era Paul dirac em 1928 dirac percebeu que para descrever os elétrons como Campos quânticos de uma forma que fosse fisicamente consistente com a relatividade especial eles tinham que fazer parte de uma estrutura matemática maior mais tarde conhecida como spinor de dirac

que inevitavelmente deu origem a versões com carga positiva e negativa da mesma partícula dessa forma dirak previu a existência de positrons antes mesmo de Anderson construir a câmara de nuvens que os detectara 4 anos depois o que é ainda mais incrível é que os elétrons não são a única partícula fund fundamental que vem em um pacote dois em um do espinos de dirac outras partículas de matéria como os quarks que compõe os prótons e nêutrons cada uma tem suas próprias contrapartes antiquark esses antiquarks podem se unir para formar anti prótons e antin neutrons que podem

Então se ligar a pósitrons para formar antiácaro de antimatéria e visto de Fora seria bastante semelhante a um planeta comum feito de matéria comum mas se a antimatéria fosse muito semelhante à matéria se a única diferença fosse o sinal de sua carga Então seria impossível explicar porque nosso universo contém tanto de um e tão pouco do outro esse mistério cósmico conhecido como a simetria bariônica do universo enviou os físicos em uma busca de décadas para tentar encontrar o máximo de diferenças possível entre matéria e antimatéria essa busca continua até hoje e liderada por colises de

partículas no CNE que são capazes de produzir capturar e estudar tanto pósitrons quanto antipróton mas antes de falarmos sobre esses experimentos Vamos tentar resumir o que já sabemos sobre as propriedades da antimatéria ao estudar antipartículas isoladamente experimentos confirmaram com precisão cada vez maior que suas propriedades intrínsecas ou seja suas massas são exatamente as mesmas das partículas comuns e ao estudar como as antipartículas são afetadas por forças eletromagnéticas Os experimentos descobriram novamente que elas se comportam exatamente da mesma maneira que as partículas comuns exceto com a carga elétrica oposta assim como Anderson observou em sua câmara

de novens mas o eletromagnetismo é apenas uma das quatro forças fundamentais da natureza ao lado da gravidade e da força nuclear fraca e forte e à medida que os físicos começaram a compreender melhor a força nuclear fraca nas décadas de 1950 e 1960 eles perceberam que partículas e antipartículas são na verdade afetadas por ela de maneira bastante diferente a primeira surpresa foi que as partículas comuns só poderiam sentir a força fraca se fossem canhotas e as antipartículas só poderiam senti-la se fos sem destras o conceito de lateralidade ou quiralidade é Sutil e difícil de conceituar

para partículas massa analogia simples tra comicidade deí que se partícula temin para cima para baixo long de su Dire de moviment nessa anogia partí Comin para cima chamada de destra enquanto uma partícula com spin para baixo é chamada de canhota a segunda e ainda mais inquietante surpresa foi que as partículas destras experimentaram uma intensidade diferente da força fraca em comparação com as partículas comuns canhotas na prática Isso significa que as probabilidades quânticas de decaimento radioativo em núcleos comuns são um pouco diferentes das probabilidades dos processos de decaimento análogos em ancle essa simetria fundamental entre partículas

e antipartículas foi observada pela primeira vez em um experimento de 1963 conduzido por James cron efit da Universidade decon queber um prêmio NOB porob quandoa assim foob esç de que elaria a assimetria bariônica do univer na for fraca tenham sido responsáveis pela abundância de matéria e pela Total falta de antimatéria ao nosso redor mas a matemática não funcionou muito bem simplesmente não havia diferença suficiente entre a intensidade da força fraca atuante sobre partículas e antipartículas foi quando os físicos comearam a voltar sua atão para a força nuclear forte os modelos teóricos previram que assim como

na interação fraca deveria haver algumas diferenças em como as partículas canhotas e as antipartículas destras sentem a força forte a antimatéria continua nos surpreendendo todos os experimentos até agora sugerem que a força forte trata partículas e antipartículas da mesma forma isso nos leva à última das quatro foras fundamentais e ao tema dos experimentos em andamento hoje no CNE aidade honestamente sugerir que a gravidade pode tratar a matéria e a antimatéria de maneira diferente é um tiro no escuro pense na Popular lenda de Galileu jogando pedras de diferentes tamanhos e materiais na Torre de Pisa todas

caíram na mesma taxa porque a aceleração gravitacional da Terra é de 9,8 m/s quadrado independentemente de qual objeto está Cao é claro que o experimento funciona ainda melhor em uma câmara de vácuo onde a resistência do ar é retirada da equação Newton expandiu essa ideia e mostrou no século X que sua aceleração gravitacional em qualquer lugar do espaço depende apenas da massa do objeto que puxa você e da sua distância dele mas não em nenhuma de suas propriedades únicas nem mesmo em sua própria massa este famoso resultado conhecido como o princípio da equivalência é a

base da teoria da relatividade geral de Einstein nosso modelo de gravidade mais preciso e bem sucedido até o momento com isso em mente a física ainda é uma ciência mental em sua essência e não podemos saber com certeza se a matéria e a antimatéria obedecem à mesmas leis da gravidade a menos que verifiquemos por nós mesmos os físicos do CNE decidiram fazer exatamente isso motivados não apenas pela assimetria bariônica do universo mas também por alguns artigos especulativos que sugerem que os mistérios cosmológicos da matéria escura e da energia escura poderiam ser mais facilmente explicados se

a antimatéria tivesse uma carga gravitacional negativa ou dito de forma mais simples se a antimatéria caísse para cima Em vez de para baixo existem vários experimentos em andamento no CNE para testar as propriedades gravitacionais da antimatéria incluindo a eds jeb e Alfa hoje vamos nos concentrar especificamente em um experimento importante do grupo Alfa que foi publicado na revista Nature em setembro passado após décadas de suposições esse experimento nos trou trou dados do mundo real sobre a aceleração gravitacional da antimatéria na superfície da terra mas antes de mostrarmos os resultados vamos parar um momento para avaliar

o quão intrincados foi projetado para isolar e medir os efeitos da gravidade a primeira etapa do experimento é garantir um feixe de vários milhões de pósitrons por segundo emitido a partir de um isótopo radioativo de sódio a maioria desses pitons acaba colidindo com matéria comum no experimento causando explosões em miniatura nas quais pósitrons e elétrons se aniquilam e liberam uma pequena explosão de energia na forma de luz mas uma pequena fração dos pósitrons sobrevive à medida que são guiados pelo aparato experimental onde são resfriados por gases de baixa pressão e presos por Campos elétricos e

magnéticos mas observar os efeitos da gravidade nesses pósitrons seria quase impossível suas massas são tão pequ Penas que a minúscula força da gravidade sentida por cada partícula é ofuscada até mesmo pelas menores flutuações nos campos eletromagnéticos circundantes é por isso que essa coleção de pósitrons é fundida com um recipiente separado de anti prótons onde eles se ligam e formam átomos de antidrog neutros que são muito menos responsivos a Campos eletromagnéticos dispersos e de onde vieram os antipróton basta dizer que eles foram produzidos disparando prótons comuns em um bloco de metal de forma muito muito rápida

sim a física é incrível assim depois que os átomos de anti hidrogênio são criados eles se comportam como minúsculos e fracos imas que podem permanecer presos por um arranjo complicado de Campos magnéticos externos mas agora essa interação magnética é fraca o suficiente para não superar os efeitos gravitacionais que estamos tentando medir a câmara que contém esses átomos de anti hidrogênio é quase um vácuo existem apenas cerca de 200.000 átomos de gás comum por cm C em comparação com uma densidade atmosférica típica de 20 quintilhões de átomos por cm C nessas condições os átomos de anti

hidrogênio presos quase nunca colidem ou se aniquilam com átomos de matéria comum em vez disso De certa forma eles podem flutuar pela câmara por minutos ou mais mas à medida que os campos magnéticos usados para prender verticalmente os átomos de anti hidrogênio são enfraquecidos essa flutuação aleatória eventualmente permite que os átomos de anti hidrogênio escapem pela parte superior ou inferior da câmara onde eles podem colidir com uma parede do aparelho aniquilar alguns átomos comuns e liberar uma pequena explosão de luz no experimento Alfa isso acontece ao longo de cerca de 20 segundos a teoria por

trás do experimento é que se a gravidade realmente puxa a antimatéria para baixo mais átomos de anti hidrogênio escapam pela parte inferior do que pela parte superior quanto maior for a ação gravitacional mais átomos escapam pelo fundo as simulações realizadas pela equipe Alfa mostraram que sob atração gravitacional normal cerca de 85% dos átomos de anti hidrogênio deveriam escapar pelo fundo enquanto apenas 20% deles escapariam pelo fundo se a gravidade puxasse a antimatéria para cima se não houvesse nenhuma força gravitacional a simulações mostrava uma distribuição mais uniforme de 55% de escape pelo fundo provavelmente apenas diferindo

de 50% devido à assimetrias no próprio aparato experimental Mas o que o experimento real descobriu bem cerca de 75% dos átomos de antidrog escaparam pelo fundo da câmara mostrando uma clara preferência pela gravidade que puxa para baixo a equipe Alfa repetiu esse experimento para coletar uma variedade de pontos de dados que contam uma história mais completa eles refizeram o procedimento sobre vários níveis de polarização do campo magnético que aplicavam forças magnéticas externas para cima ou para baixo nos átomos de anti hidrogênio neste gráfico uma tendência de men 1g significa que apenas força magnética suf é

aplicada para neutralizar a gravidade normal enquanto uma tendência de mais 1 g significa que um G Extra de força magnética é aplicado para empurrar os átomos de anti hidrogênio para baixo e assim por diante a equipe fez previsões por meio de simulações para cada tendência e para várias interações gravitacionais possíveis o que produziu as curvas laranja verde e roxa mostradas aqui como você pode ver os pontos de dados experimentais mostrados em azul correspondem melhor à curva laranja que representa a simulação normal onde a gravidade puxa antimatéria para baixo mas como os dados ficam um pouco

abaixo dessa curva a aceleração gravitacional mais adequada foi de apenas 0,75g 3/4 da força da gravidade agindo sobre a matéria comum Isso significa que a gravidade afeta a matéria e as partículas de antimatéria de maneira diferente não necessariamente vamos dar uma olhada rápida nas barras de erro elas indicam que há duas fontes principais de incerteza nos resultados incluindo uma incerteza no viés aplicado possíveis erros de alinhamento e outras incertezas sistemáticas e estatísticas ao levar em conta essas incertezas a aceleração gravitacional mais adequada é na verdade relatada como esse número Isso significa que um G completo

de aceleração gravitacional ainda é bastante consistente com os dados coletados experimentos futuros serão capazes de determinar com mais precisão a força com que a gravidade atua sobre a antimatéria mas já podemos descartar teorias especulativas que dependem da antimatéria caindo para cima Em vez de para baixo no final apesar de quão estranho e atrasado seja o mundo da an matéria parece que apenas a força fraca realmente se aplica de maneira diferente às partículas e antipartículas mas explicar a simetria bariônica do universo exigiria diferenças muito mais drásticas entre as duas portanto cientistas ainda não deram por finalizadas

as buscas poderia haver novas forças e partículas que interagissem de forma ainda mais estranha com a antimatéria ou você estaria disposto a aceitar que ter muito mais matéria do que antimatéria ao nosso redor é uma mera coincidência deixe-me saber nos comentários se aprendeu algo novo sobre antimatéria assistindo a este vídeo e se este é um tópico sobre o qual você gostaria de ouvir mais muitos de vocês comentam que colocam os vídeos do astrum Brasil para relaxar ou mesmo pegar no sono então especialmente para vocês criamos o podcast asum Brasil distribuído em todas essas plataformas um

conteúdo criado especialmente para você aprender sobre o nosso universo enquanto Relaxa com uma trilha sonora mais suave e uma locução mais pausada perfeita para dormir clique nos links na descrição desse vídeo para conferir você gosta dos temas que abordamos aqui no ason Brasil e deseja ajudar o projeto ou então quer ter acesso antecipado a todos os vídeos do canal sem interrupções ou propagandas então Conheça o clube de canal aqui no YouTube Além de ajudar financeiramente o asum Brasil você também terá acesso a conteúdo exclusivo como acesso antecipado aos vídeos semanais e lives exclusivas para membros

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