A antimatéria é excepcionalmente difícil de estudar porque se aniquila quando entra em contato com a matéria comum. Uma equipe de físicos conseguiu agora prender um único pósitron — a antipartícula do elétron — e mantê-lo suspenso durante meses, criando novas possibilidades para experimentos de precisão.
A conquista, publicada na Physical Review Letters, baseia-se no que os pesquisadores chamam de “ciclotron quântico de pósitron único”. O dispositivo foi projetado para isolar a partícula o suficiente para examinar uma das principais premissas da física moderna: a de que elétrons e pósitrons devem ter massas e momentos magnéticos idênticos, com sinais opostos.
Os pósitrons são produzidos por uma fonte radioativa de sódio-22 e precisam ser resfriados a cerca de 300 milikelvins, apenas uma fração de grau acima do zero absoluto. Segundo os pesquisadores, isso reduz sua energia em mais de dez ordens de magnitude em um período muito curto.
Para carregar a partícula na armadilha, o pósitron se combina brevemente com um elétron para formar o positrônio, um átomo exótico eletricamente neutro. Esse átomo pode passar por uma minúscula abertura de 625 micrômetros até uma região de confinamento, onde um intenso campo elétrico o ioniza e deixa o pósitron confinado.
O procedimento é extremamente exigente: carregar um único pósitron leva entre oito e 11 horas. Uma vez capturada, porém, a partícula pode permanecer isolada durante meses, permitindo que os cientistas a estudem em condições controladas.
A motivação por trás do trabalho está ligada a uma das maiores questões não respondidas da física: por que o universo contém muito mais matéria do que antimatéria. O Modelo Padrão sugere que o Big Bang deveria ter produzido quantidades iguais de ambas. Uma diferença entre elétrons e pósitrons poderia, portanto, indicar uma violação da simetria esperada.
Em 2023, a mesma equipe da Northwestern University mediu o momento magnético do elétron, expresso por meio de seu fator g, com uma precisão de 0,13 partes por bilhão. A comparação direta existente entre o elétron e o pósitron data de 1987 e constatou que eles eram iguais dentro de uma margem de 2,1 partes por bilhão.
O novo ciclotron pretende melhorar a precisão da medição do momento magnético do pósitron em aproximadamente 30 vezes. O aparelho já demonstrou que consegue capturar e manter a partícula, mas a própria medição de alta precisão ainda não foi concluída.
O líder da pesquisa, Gerald Gabrielse, afirmou que, se fosse constatado que elétrons e pósitrons não são idênticos, isso representaria “a maior descoberta da física do último século”.
Fontes: Xataka.