O que é antimatéria? - Médico - 2023

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O Universo é um lugar incrível cheio de mistérios. Quanto mais perguntas respondemos sobre sua natureza, mais elas aparecem. E um dos fatos plenamente comprovados que mais fazem explodir nossas cabeças é que a matéria bariônica, ou seja, aquela constituída pelos átomos formados pelos prótons, nêutrons e elétrons que conhecemos, representa apenas 4% do Cosmos.

Ou seja, a matéria que podemos ver, perceber e medir, desde o que constitui as estrelas até o que é adicionado para formar nossos corpos, representa apenas 4% do universo. E os 96% restantes? Onde está? Bem, aí vêm as coisas incríveis e, ao mesmo tempo, misteriosas.

E é que além desses 4% de matéria bariônica, temos 72% de energia escura (uma forma de energia contrária à gravidade mas que não podemos medir ou perceber diretamente, mas podemos ver seus efeitos na expansão acelerada do Cosmos. Refere), 28% de matéria escura (tem massa e, portanto, gera gravidade, mas não emite radiação eletromagnética, portanto não podemos percebê-la) e, por fim, 1% de antimatéria.

No artigo de hoje, vamos nos concentrar no último. Antimatéria é o tipo de matéria composta de antipartículas. E embora pareça muito exótico, estranho e perigoso, como veremos hoje, não tem nada disso. Não só é perfeitamente normal, mas pode ter, no futuro, aplicações incríveis na medicina e até mesmo viagens interestelares. Prepare-se para sua cabeça explodir.

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O que exatamente é antimatéria?

Antes de começar, uma coisa deve ficar bem clara. Embora possam parecer semelhantes, antimatéria não é sinônimo de matéria escura. São coisas totalmente diferentes. Eles não têm absolutamente nada a ver com isso. Mais do que tudo, porque a antimatéria cumpre a propriedade da matéria "normal" de emitir radiação eletromagnética (de modo que podemos percebê-la), enquanto a matéria escura não.

Tendo enfatizado isso, podemos começar. Como bem sabemos, a matéria bariônica (da qual nós, plantas, pedras, estrelas ... somos feitos) é composta de átomos, um nível de organização da matéria constituído de partículas subatômicas.

No caso da nossa matéria bariônica, essas partículas que formam os átomos, que são o pilar básico da matéria, são prótons (partículas com carga positiva que estão localizadas no núcleo), nêutrons (partículas sem carga elétrica que também estão localizadas no núcleo ) e elétrons (partículas de carga elétrica negativa que orbitam em torno desse núcleo). Até agora, tudo normal.

Bem, a antimatéria consiste em inverter a carga da matéria. Nós nos explicamos. Antimatéria é aquela composta de antiatomos, que são basicamente átomos compostos de antipartículas.. Nesse sentido, é tecnicamente um erro considerá-lo um tipo de questão. Não é. Antimatéria é antimatéria. Nós nos explicamos novamente.

Os antiatomos são o pilar da antimatéria (assim como os átomos são o pilar da matéria bariônica) e têm a particularidade de serem constituídos por antipartículas, que são o antipróton, o antineutron e o antielétron. Foi entendido? Certamente não, mas agora veremos melhor.

A antimatéria é exatamente igual à matéria bariônica, a única coisa em que as partículas de que é feita têm carga elétrica inversa. Nesse sentido, os antiprótons são exatamente iguais aos prótons (mesma massa, mesmo tamanho, mesmas interações ...), mas com uma carga elétrica negativa; enquanto com os antielétrons (conhecidos aqui como pósitrons), o mesmo, eles são iguais aos elétrons da matéria bariônica, mas com uma carga positiva.

Como podemos ver, a antimatéria é o mesmo que a matéria, mas é composta de antipartículas subatômicas, o que implica que seu núcleo tem carga negativa e os elétrons que orbitam ao seu redor têm carga positiva. Todo o resto é exatamente o mesmo.

Este aborrecimento faz antimatéria e matéria, quando em contato, aniquilam, liberando energia (com certeza) no único processo energético com 100% de eficiência. Toda a energia presente em suas partículas (e antipartículas) é liberada. E isso, longe de ser perigoso, abre a porta para aplicativos incríveis que discutiremos mais tarde.

Em suma, a antimatéria, descoberta em 1932 (e hipotetizada no início do século), é aquela que constitui 1% do Universo e que é constituída pelos antiátomos, que por sua vez são constituídos pelo antipróton, antipartículas anti-nêutron e pósitron (ou antielétron), iguais às partículas da matéria bariônica, mas com carga elétrica oposta.

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Onde está a antimatéria?

Ótima pergunta. Não sabemos exatamente. Pelo menos, não entendemos como ela pode existir naturalmente no Universo, pois como já dissemos, uma antipartícula e uma partícula, ao entrarem em contato, aniquilam-se causando a liberação de energia. Mas, para tentar responder a isso, temos que viajar um pouco no passado. Nada, só um pouco. Até o momento exato do Big Bang, agora 13,8 bilhões de anos atrás.

No momento do nascimento do Universo, sabemos que, no Big Bang, para cada partícula de matéria bariônica que foi “criada”, uma partícula de antimatéria também foi “criada”. Ou seja, logo depois do Grande, para cada próton no Cosmos, havia um antipróton. E para cada elétron, um pósitron.

Portanto, Quando o Universo se formou, a proporção matéria-antimatéria era a mesma. Mas o que houve? Bem, com o passar do tempo, devido às interações de aniquilação entre eles, a simetria foi quebrada e a matéria venceu a batalha. Portanto, neste duelo, a matéria bariônica venceu.

Portanto, segundo as estimativas, constitui "apenas" 1% do Universo. Algumas teorias sugerem que as estrelas do Cosmos seriam na verdade compostas de anti-átomos. Mesmo assim, essa teoria não se sustenta muito, já que suas antipartículas se aniquilariam em contato com o resto das partículas do Universo.

De qualquer forma, embora não saibamos exatamente sua natureza ou origem, sabemos onde encontrá-lo. E você não precisa ir muito longe. Bem aqui na Terra existe antimatéria ou, para ser mais preciso, antipartículas. E é que não há tempo para os anti-átomos se formarem, pois eles são aniquilados em pouco tempo. Caso contrário, anti-elementos (como anti-hidrogênio e qualquer um dos outros da tabela periódica), anti-moléculas, anti-células, anti-pedras, anti-mundos, anti-estrelas e até anti-humanos podem ser formados. Mas vamos voltar à realidade.

Mesmo que seja na hora certa, antipartículas podem aparecer na Terra. Como? Bem, de maneiras diferentes. Os raios cósmicos que vêm, por exemplo, de supernovas, podem “transportar” antipartículas (mas estão destinados a desaparecer assim que interagirem com uma partícula de matéria bariônica).

Também podemos encontrar antipartículas em processos de radioatividade (existem diferentes elementos radioativos que são uma fonte natural de antipartículas) ou, o mais interessante de tudo, em aceleradores de partículas.

De fato, no Grande Colisor de Hádrons estamos "produzindo" antipartículas colidindo prótons entre si a velocidades próximas à da luz para quebrá-los em, entre outras coisas, antiprótons. E aqui, como veremos, está o segredo de suas aplicações potenciais.

Em suma, não sabemos onde existe antimatéria (nem temos certeza se existe naturalmente), mas sabemos que existem fontes naturais de antipartículas. Quer dizer, não temos certeza da existência de anti-átomos, mas temos certeza de que existem anti-partículas que, como veremos agora, podemos usar.

Que aplicações a antimatéria pode ter?

Chegamos à parte mais interessante. E embora pelo nome a antimatéria pareça algo tremendamente exótico e típico da ficção científica, a verdade é que pode ter aplicações incríveis em nossa sociedade.

Tudo está em estudo, mas tem um potencial enorme. A começar pelo mundo da Medicina. E é que está sendo estudada a possibilidade de usar feixes de pósitrons no que é conhecido como "tomografia por emissão de pósitrons". Com ele estaríamos "bombardeando" pósitrons para o nosso corpo para obter imagens de seu interior. Por mais perigoso que pareça, nada poderia estar mais longe da verdade. A qualidade das imagens seria muito superior e os riscos muito menores do que os da radiografia tradicional.

Até a possibilidade de usar feixes de antiprótons para tratar o câncer está sendo estudada. Na verdade, a terapia de prótons é uma forma de tratamento (especialmente para cânceres no sistema nervoso e em crianças que não podem se submeter a outras terapias) em que geramos um feixe de prótons muito preciso para destruir as células cancerosas, minimizando assim os danos em tecidos saudáveis. Nesse contexto, os resultados preliminares do uso de antiprótons em vez de prótons indicam que, de fato, eles seriam mais eficazes na destruição de células cancerosas sem praticamente nenhum dano ao nosso corpo. A antimatéria, então, poderia mudar enormemente o mundo da medicina.

E ainda podemos ir mais longe. E como sabemos que o contato da matéria com a antimatéria é o processo mais energeticamente eficaz que existe, acredita-se que nos permitirá viagens interestelares. E é que, enquanto da energia nuclear 80.000 milhões de joules (a unidade padrão de energia) são obtidos por grama, da antimatéria obteríamos 90 milhões de joules por grama.

Com muito pouca antimatéria teríamos energia para sustentar qualquer máquina por muito tempo. E não é apenas a fonte de energia mais eficiente, é também a mais limpa. 100% da aniquilação da matéria-antimatéria é convertida em energia, não há resíduo.

Então, por que já não está sendo usado em todo o mundo se acabaria não apenas com os problemas de energia, mas também com a poluição? Porque infelizmente é incrivelmente caro produzi-lo. Enquanto não encontrarmos uma maneira de tornar sua produção mais eficiente, simplesmente não será viável fabricá-lo.

E é que embora possa ser produzida em aceleradores de partículas, isso acontece em escala tão pequena que se acredita que, para se conseguir um grama de antimatéria pura, o custo de produção seria de mais de 62 bilhões de dólares. Quero dizer, agora mesmo, um grama de antimatéria custa 62 bilhões de dólares.

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Esperamos que no futuro possamos decifrar os segredos da antimatéria e encontrar uma forma de produzi-la de forma eficiente, pois ela não só salvaria milhões de vidas em termos de suas aplicações no mundo da Medicina, mas também abriria as portas para nós. viagens interestelares. Resolver os mistérios da antimatéria é o próximo passo da humanidade.