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A configuração usada pela equipe AEgIS para resfriar o positrônio a laser. (Imagem: CERN)
Ao resfriar o positrônio com luz laser pela primeira vez, o AEgIS também pode ter dado o primeiro passo em direção a um sistema matéria-antimatéria que emite luz de raios gama semelhante a um laser.
AEgIS é um dos vários experimentos na Fábrica de Antimatéria do CERN que produz e estuda átomos de anti-hidrogênio com o objetivo de testar com alta precisão se a antimatéria e a matéria caem na Terra da mesma maneira. Num artigo publicado hoje na Physical Review Letters , a colaboração AEgIS relata um feito experimental que não só a ajudará a atingir este objectivo, mas também abrirá caminho para um novo conjunto de estudos de antimatéria, incluindo a perspectiva de produzir um laser de raios gama. isso permitiria aos pesquisadores olhar dentro do núcleo atômico e ter aplicações além da física.
Para criar o anti-hidrogênio (um pósitron orbitando um antipróton), o AEgIS direciona um feixe de positrônio (um elétron orbitando um pósitron) para uma nuvem de antiprótons produzidos e desacelerados na Fábrica de Antimatéria. Quando um antipróton e um positrônio se encontram na nuvem de antipróton, o positrônio cede seu pósitron ao antipróton, formando o anti-hidrogênio.
Produzir anti-hidrogénio desta forma significa que o AEgIS também pode estudar o positrónio, um sistema de antimatéria por direito próprio que está a ser investigado por experiências em todo o mundo.
O positrônio tem uma vida útil muito curta, aniquilando-se em raios gama em 142 bilionésimos de segundo. No entanto, por compreender apenas duas partículas pontuais, o eletrão e a sua contraparte de antimatéria, “é um sistema perfeito para fazer experiências”, diz o porta-voz da AEgIS, Ruggero Caravita, “desde que, entre outros desafios experimentais, uma amostra de positrónio possa ser resfriado o suficiente para medi-lo com alta precisão”.
Esse é o feito realizado pela equipe AEgIS. Ao aplicar a técnica de resfriamento a laser a uma amostra de positrônio, a colaboração já conseguiu reduzir para mais da metade a temperatura da amostra, de 380 para 170 graus Kelvin. Em experimentos de acompanhamento, a equipe pretende quebrar a barreira dos 10 graus Kelvin.
O resfriamento de positrônio a laser da AEgIS abre novas possibilidades para a pesquisa de antimatéria. Estes incluem medições de alta precisão das propriedades e do comportamento gravitacional deste sistema exótico mas simples de matéria-antimatéria, que poderá revelar uma nova física. Também permite a produção de um condensado de positrônio Bose-Einstein, no qual todos os constituintes ocupam o mesmo estado quântico. Tal condensado foi proposto como candidato para produzir luz de raios gama coerente através da aniquilação matéria-antimatéria dos seus constituintes – luz semelhante a um laser composta por ondas monocromáticas que têm uma diferença de fase constante entre elas.
“Um condensado de antimatéria de Bose-Einstein seria uma ferramenta incrível tanto para pesquisa fundamental quanto aplicada, especialmente se permitisse a produção de luz de raios gama coerente com a qual os pesquisadores pudessem observar o núcleo atômico.” diz Caravita.
O resfriamento a laser, que foi aplicado a átomos de antimatéria pela primeira vez há cerca de três anos, funciona desacelerando os átomos pouco a pouco com fótons de laser ao longo de muitos ciclos de absorção e emissão de fótons. Isso normalmente é feito usando um laser de banda estreita, que emite luz com uma pequena faixa de frequência. Por outro lado, a equipe AEgIS usa um laser de banda larga em seu estudo.
“Um laser de banda larga resfria não apenas uma pequena, mas uma grande fração da amostra de positrônio”, explica Caravita. “Além disso, realizamos o experimento sem aplicar qualquer campo elétrico ou magnético externo, simplificando a configuração experimental e prolongando a vida útil do positrônio.”
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Fonte: CERN
https://home.cern/news/news/physics/aegis-experiment-paves-way-new-set-antimatter-studies-laser-cooling-positronium
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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.
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