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O experimento GBAR na sala do Antiproton Decelerator. (Imagem: CERN)
O experimento GBAR no CERN acaba de ingressar no seleto clube de experimentos que conseguiram sintetizar átomos de anti-hidrogênio.
O objetivo do experimento GBAR no CERN é medir a aceleração de um átomo de anti-hidrogênio – a forma mais simples de antimatéria atômica – no campo gravitacional da Terra e compará-la com a do átomo de hidrogênio normal. Essa comparação é um teste crucial do princípio da equivalência de Einstein, que afirma que a trajetória de uma partícula é independente de sua composição e estrutura interna quando ela está apenas sujeita a forças gravitacionais.
Mas produzir e desacelerar um antiátomo o suficiente para vê-lo em queda livre não é tarefa fácil. A abordagem do GBAR é primeiro produzir um átomo de anti-hidrogênio e depois transformá-lo em um íon positivo (o equivalente de antimatéria de um íon H-). Em seguida, o íon pode ser desacelerado usando técnicas de óptica quântica. Finalmente, o íon é neutralizado para medição de queda livre. Em um novo artigo , a colaboração do GBAR relata a produção bem-sucedida de seus primeiros antiátomos.
Para conseguir isso, a equipe desenvolveu um protocolo complexo no qual os átomos de anti-hidrogênio são montados a partir de antiprótons produzidos pelo Antiproton Decelerator (AD) e pósitrons produzidos no GBAR. Os antiprótons de 5,3 MeV do AD são desacelerados e resfriados no anel ELENAe um pacote de alguns milhões de antiprótons de 100 keV é enviado ao GBAR a cada dois minutos. No GBAR, um dispositivo chamado tubo de desvio pulsado desacelera ainda mais esse pacote para uma energia ajustável de alguns keV. Em paralelo, em outra parte do GBAR, um acelerador de partículas linear envia elétrons de 9 MeV para um alvo de tungstênio, produzindo pósitrons, que são acumulados em uma série de armadilhas eletromagnéticas. Pouco antes da chegada do pacote de antiprótons, os pósitrons são enviados para uma camada de sílica nanoporosa, da qual cerca de um em cada cinco pósitrons emerge como um átomo de positrônio (o estado ligado de um pósitron e um elétron). Quando o pacote de antipróton atravessa a nuvem resultante de átomos de positrônio, pode ocorrer uma troca de carga, com o positrônio cedendo seu pósitron ao antipróton, formando o anti-hidrogênio.
No final de 2022, durante uma operação que durou vários dias, a colaboração GBAR detetou cerca de 20 átomos de anti-hidrogénio produzidos desta forma, validando pela primeira vez este método de produção “in-flight”.
Após esse primeiro passo essencial, a colaboração agora melhorará a produção de átomos de anti-hidrogênio. Isso permitirá que medições precisas sejam feitas nos próprios anti-hidrogênios, em particular uma medição de uma lacuna de energia entre dois níveis atômicos específicos, conhecida como deslocamento de Lamb. Esta medição dará um valor mais preciso do raio do antipróton. Seguir-se-á a produção de iões anti-hidrogénio positivos e, por fim, a implementação dos sistemas de laser para arrefecimento e neutralização destes iões para finalmente observar a queda livre de um átomo de anti-hidrogénio.
O GBAR não é o primeiro experimento para produzir anti-hidrogênio: em 1995, um experimento na instalação LEAR do CERN produziu nove antiátomos, mas com uma energia muito alta para qualquer medição a ser feita. Após esse sucesso inicial, o Acumulador de Antiprótons do CERN (usado para a descoberta dos bósons W e Z em 1983) foi reaproveitado como um desacelerador, tornando-se o AD, que é único em todo o mundo no fornecimento de antiprótons de baixa energia (5-MeV) para experimentos de antimatéria . Após a demonstração da retenção de antiprótons pelos experimentos ATRAP e ATHENA, ALPHA , um sucessor do ATHENA, foi o primeiro experimento a fundir antiprótons e pósitrons aprisionados e aprisionar os átomos de anti-hidrogênio resultantes. Desde então, a ATRAP eA ASACUSA também alcançou esses dois marcos, e a AEgIS produziu pulsos de antiátomos. GBAR agora se junta a este clube de elite, tendo produzido átomos de anti-hidrogênio 6-keV em vôo.
O GBAR também não está sozinho em seu objetivo de testar o princípio de equivalência de Einstein com a antimatéria atômica. ALPHA e AEgIS também estão trabalhando para atingir esse objetivo usando outras abordagens.
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Este texto é uma versão modificada de uma história publicada originalmente em francês aqui .
Para saber mais, acesse os links acima>
Fonte: CERN / Publicação 14-07-2023
https://www.home.cern/news/news/physics/gbar-joins-anticlub
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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