Físicos da Universidade da Califórnia, EUA, conseguiram isolar uma amostra pura de átomos de positrônio, com spins polarizados, pela primeira vez. Os resultados do estudo aparecem na revista Physical Review Letters desta semana.
O spin é uma propriedade fundamental e intrínseca de um elétron. Ele está relacionado ao momento angular do elétron. Quando se fala que os átomos estão polarizados devemos entender que eles estão todos em um estado em que seus elétrons apresentam o mesmo momento angular, spins com mesmo efeito magnético.
Por sua vez, o positrônio é um átomo contendo matéria e antimatéria criado em laboratório. Ele é um sistema de curta duração em que um elétron e sua anti-partícula - o pósitron ou antielétron - estão unidos. Físicos da Universidade da Califórnia criaram o primeiro positrônio molecular, uma substância completamente nova em 2007. Mas agora, eles conseguiram isolar uma amostra de átomos de positrônios de spins polarizados pela primeira vez.
Uma forma especial de matéria pode ser produzida com um conjunto de átomos de positrônios com spins polarizados. Esta forma especial da matéria é conhecida como Condensado Bose-Einstein (BEC, em inglês). O BEC, previsto em 1924 e criado em 1995, permite aos cientistas estudar os átomos de um modo muito específico.
Como os físicos conseguiram isolar a amostra pura de átomos de positrônios?
Os físicos conseguiram alcançar tais resultados ao aumentar a densidade dos átomos de positrônios em laboratório. David Cassidy, principal autor do artigo, explica que em densidade elevada os átomos de positrônio são aniquilados quando colidem uns com os outros. No entanto, nem todos os átomos de positrônio são aniquilados sob essas condições. Tudo depende do momento angular dos átomos de positrônio. De acordo com ele, os átomos são classificados em dois tipos: "up" e "down".
Dois átomos de positrônio se anulam quando são de tipos diferentes - um tipo "up" e outro de tipo "down". Dois átomos do mesmo tipo não se afetam mutuamente.
Quando existe equilíbrio entre os dois tipos - 50% de cada tipo - os átomos se aniquilam e se transformam em raios gama. Mas em um conjunto de átomos com, por exemplo, 66 % "up" e 33 % "down", apenas metade dos átomos "up" serão destruídos.
Com um conjunto de átomos com diferentes quantidades dos dois tipos, os físicos conseguiram obter uma amostra pura.
Cassidy argumenta que conseguir a amostra purificada de positrônios foi um passo importante para construir o BEC. O BEC necessita de um conjunto de átomos com spins alinhados.
Quando os átomos estão no estado BEC, eles estão essencialmente parados (ou eles se movem muito lentamente), o que facilita seu estudo. Já os átomos Non-BEC são difíceis de estudar porque circulam rapidamente a velocidades muito altas.
Aplicações do achado
Allen Mills, professor de física e coautor da pesquisa, acrescenta que a matéria no estado BEC permite aos cientistas observarem seus processos fundamentais sob um novo ponto de vista. "Possuir um conjunto condensado de átomos de positrônios imóveis abre o caminho para a fabricação do laser de raios gama, que traria inúmeras aplicações militares e científicas."
A nova pesquisa também poderá levar à compreensão de aspectos referentes à produção de energia de fusão, que é a energia gerada por reações de fusão nuclear.
Além disso, a produção de positrônios condensados colaboraria para a solução de enigmas do universo, tais como, por que o universo é composto de matéria e antimatéria, ou não apenas de energia pura? Também poderá ajudar nas medições da interação gravitacional da matéria com a antimatéria.
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