Físicos descobrem como criar matéria e antimatéria a partir da luz

(dr) Extreme Plasma Physics / IST

Conceito de artista de um conversor luz-materia-luz em cascata CEQ

Conceito de artista de um conversor luz-matéria-luz em cascata CEQ

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Física Aplicada da Academia Russa de Ciências anunciou que eles conseguiram calcular como criar matéria e antimatéria usando lasers.

Isto significa que, ao focar pulsos de laser de alta potência, eles podem em breve ser capazes de criar matéria e antimatéria com luz.

A luz é feita de fótons de alta energia. Quando fótons de alta energia passam por fortes campos elétricos, eles perdem radiação suficiente para se tornarem raios gama e criarem pares de elétron e pósitron, gerando assim um novo estado da matéria.

Um campo elétrico forte pode, de modo geral, “ferver o vácuo”, que é cheio de “partículas virtuais”, tais como pares de elétrons e pósitrons.

O campo pode converter esses tipos de partículas de um estado virtual, em que elas não são diretamente observáveis, a um real, explica à newswise o físico Igor Kostyukov, pesquisador do Instituto de Física Aplicada da Academia das Ciências da Rússia e um dos autores do estudo.

Cascata de eletrodinâmica quântica

Uma cascata de eletrodinâmica quântica (CEQ) é uma série de processos que se inicia com elétrons e pósitrons acelerando dentro de um campo de laser. Em seguida, há a liberação de fótons de alta energia, elétrons e pósitrons.

Conforme os fótons de alta energia decaem, pares de elétrons e pósitrons são produzidos. Essencialmente, uma CEQ irá conduzir à produção de fótons de plasma de alta energia.

Enquanto isso ilustra perfeitamente o fenômeno, é uma teoria que ainda tem que ser observada sob condições de laboratório.

Com base na teoria da cascata de eletrodinâmica quântica, pesquisadores observaram como pulsos de laser intensos interagiriam com uma lâmina através de simulações numéricas. Surpreendentemente, eles descobriram que mais fótons de alta energia foram produzidos por pósitrons contra elétrons.

NASA Astrophysics / Wikimedia

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Se pudéssemos produzir um grande número de pósitrons por meio de um experimento correspondente, poderíamos concluir que a maioria foi gerado através de uma cascata CEQ.

Pode soar complicado, mas a conclusão que podemos tirar disso é que a descoberta deve abrir novas portas em termos de como podemos produzir matéria e antimatéria de forma eficiente e rentável, alterando significativamente a forma como alimentamos nossas naves espaciais.

Custo

Atualmente, o custo de produção e armazenamento da antimatéria não é nada bom. Fazer 1 grama do material exige aproximadamente 25 milhões de bilhões de quilowatts-hora de energia, e mais de um milhão de bilhões de dólares.

O estudo, recentemente publicado na revista Physics of Plasmas, oferece uma forma mais barata de fazer antimatéria.

Também dá um insight sobre as propriedades de diferentes tipos de interações que poderiam, eventualmente, abrir o caminho para aplicações práticas, incluindo o desenvolvimento de ideias avançadas para fontes de laser mais brilhantes do que qualquer outra disponível hoje.

Em seguida, os pesquisadores pretendem expandir seus resultados para configurações mais gerais das interações de laser, levando uma ampla gama de parâmetros em consideração.

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