Um novo estudo feito por cientistas da Universidade da Califórnia demonstrou que é possível criar um jato acelerado de antimatéria a partir de feixes de luz. Segundo ele, lasers de alta intensidade podem ser usados para gerar fótons gama em colisão — comprimentos de onda de luz mais energéticos — com o objetivo de produzir pares elétron-pósitron.
Por que isso é importante? De acordo com os especialistas, é o que pode nos ajudar a entender os ambientes em torno de alguns dos objetos mais extremos do Universo, como as estrelas de nêutrons. O artigo foi publicado na revista Communications Physics, da Nature.
Primeiro é preciso entender que a antimatéria é composta de antipartículas que possuem a mesma característica das partículas (massa e rotação), mas com carga elétrica oposta. O pósitron, por exemplo, é conhecido como antielétron e tem carga positiva; já o antipróton, diferente do próton, é negativo.
O processo de criação de um par de partículas matéria-antimatéria – um elétron e um pósitron – a partir dos fótons é chamado de processo Breit-Wheeler e é extremamente difícil de ser obtido experimentalmente. Isso porque a probabilidade disso ocorrer quando dois fótons colidem é muito pequena. É preciso fótons de energia muito alta, ou muitos raios gama para maximizar as chances de observação.
Porém, como ainda não temos a capacidade de construir um laser de raios gama, esse processo fóton-fóton atualmente permanece experimentalmente não alcançado. Mas a equipe de físicos liderada por Yutong He propôs uma nova solução alternativa que, de acordo com suas simulações, poderia funcionar.
Ela consiste em um bloco de plástico, esculpido com um padrão de canais que se cruzam na escala do micrômetro. De cada lado desse bloco são instalados lasers poderosos que, por sua vez, disparam fortes impulsos. “Quando os pulsos de laser penetram na amostra, cada um deles acelera uma nuvem de elétrons extremamente rápidos”, disse o físico Toma Toncian, do laboratório de pesquisa Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, na Alemanha. “Essas duas nuvens de elétrons então correm uma em direção à outra com força total, interagindo com o laser que se propaga na direção oposta.”
A colisão resultante é tão energética que produz uma nuvem de fótons gama. Esses fótons gama devem colidir uns com os outros para produzir pares elétron-pósitron, disseram os pesquisadores. Para testaram esse modelo, eles usaram uma simulação de computador complexa e descobriram que ele deve funcionar, mesmo usando lasers menos potentes do que as propostas anteriores.
Os especialistas explicam que esse processo carrega uma forte semelhança com os poderosos jatos de partículas emitidos por estrelas de nêutrons altamente magnéticas, também conhecidas como pulsares. “Com nosso novo conceito, tais fenômenos poderiam ser simulados em laboratório, pelo menos até certo ponto, o que nos permitiria entendê-los melhor.”
Os testes preliminares nas instalações europeias de laser de raios X da XFEL devem revelar se um campo magnético é gerado ou não, conforme previsto pelas simulações. Em última análise, a equipe espera que seu experimento possa ser realizado na recém-inaugurada e altamente avançada instalação de Física Nuclear da Extreme Light Infrastructure na Romênia, que tem dois poderosos lasers de pulso curto e feixes de raios gama.
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