Da Antimatéria ao modelo atual do Átomo

 

Antimatéria 

A antimatéria foi prevista pelo físico inglês Paul Dirac (1902-1984). Essa previsão aconteceu em 1931, quando, ao resolver uma certa equação, ele encontrou duas possibilidades para o sinal da energia das partículas. A energia positiva corresponderia à matéria normal: elétrons e prótons tais como os conhecemos; a energia negativa corresponderia à antimatéria: elétrons positivos e prótons negativos.

Em 1995 conseguiu-se produzir anti-átomos de hidrogênio, assim como núcleos de antideutérios. criados a partir de um antipróton e um antinêutron, porém não se obteve sucesso na obtenção de antimatéria de maior complexidade. A antimatéria cria-se no universo como resultado da colisão entre partículas de alta energia, como ocorre no centro das galáxias, entretanto, não se tem detectado nenhum tipo de antimatéria como resíduo do Big Bang, coisa que ocorre com a matéria normal. A desigual distribuição entre a matéria e a antimatéria no universo tem sido, durante muito tempo, um mistério. A solução mais provável reside em certa assimetria nas propriedades dos mesons-B e suas antipartículas, os anti-mesons-B.

Os posítrons e os antiprótons podem ser armazenados num dispositivo denominado "armadilha" (Penning trap, em inglês), que usa uma combinação de campos magnéticos e elétricos. Para a criação de armadilhas que retenham átomos completos de antihidrogênio foram empregados campos magnéticos muito intensos, assim como temperaturas muito baixas. As primeiras destas armadilhas foram desenvolvidas pelos projetos ATRAP e ATHENA. O símbolo que se usa para descrever uma antipartícula é o mesmo símbolo da partícula normal, porém com um traço sobre o símbolo. Por exemplo, o antipróton é simbolizado como:

As reações entre matéria e antimatéria tem aplicações práticas na medicina como, por exemplo, na Tomografia por emissão de posítrons ( PET ).

 

 Antimatéria como combustível

 

As colisões entre matéria e antimatéria convertem toda a massa possível das partículas em energia. Esta quantidade é muito maior que a energia química ou mesmo a energia nuclear que se pode obter atualmente através de reações químicas ou fissão nuclear.

            A escassez de antimatéria significa que não existe uma disponibilidade imediata para ser usada como combustível. Gerar somente um antipróton é imensamente difícil e requer aceleradores de partículas, assim como imensas quantidades de energia ( muito maior do que a obtida pelo aniquilamento do antipróton ), devido a ineficiência do processo.

Os métodos conhecidos para produzir antimatéria também produzem uma quantidade igual de matéria normal., de forma que o limite teórico do processo é a metade da energia administrada se converter em antimatéria. Inversamente, quando a antimatéria é aniquilada com a matéria ordinária a energia emitida é o dobro da massa de antimatéria, de forma que o armazenamento de energia na forma de antimatéria poderia apresentar (em teoria) uma eficiência de 100%.Na atualidade a produção de antimatéria é muito limitada, porém tem aumentado em progressão geométrica desde o descobrimento do primeiro antipróton em 1995. 

 

O  Átomo 

Todas as substâncias são formadas de pequenas partículas chamadas átomos. Para se ter uma idéia, eles são tão pequenos que uma cabeça de alfinete pode conter 60 milhões deles. Os gregos antigos foram os primeiros, a saber, que a matéria é formada por tais partículas, as quais chamaram átomo, que significa indivisível. Os átomos, porém são compostos de partículas menores: os prótons, os nêutrons e os elétrons. Nos átomos, os elétrons orbitam no núcleo, que possuem prótons e nêutrons.

            Elétrons são minúsculas partículas que vagueiam aleatoriamente ao redor do núcleo central do átomo, sua massa é cerca de 1840 vezes menor que a do Núcleo. Prótons e nêutrons são as partículas localizadas no interior do núcleo, elas contém a maior parte da massa do átomo.

                       

O Interior do Átomo

No centro de um átomo está o seu núcleo, que apesar de pequeno, contém quase toda a massa do átomo. Os prótons e os nêutrons são as partículas nele encontradas, cada um com uma massa atômica unitária

            O Número de prótons no núcleo estabelece o número atômico do elemento químico e, o número de prótons somado ao número de nêutrons é o número de massa atômica. Os elétrons ficam fora do núcleo e tem massa pequena

Há no máximo sete camadas em torno do núcleo e nelas estão os elétrons que orbitam o núcleo. Cada camada pode conter um número limitado de elétrons fixado em 8 elétrons por camada.

                                       

 

Características das Partículas:

Prótons: tem carga elétrica positiva e uma massa unitária.
Nêutrons: não tem carga elétrica mas tem massa unitária.
Elétrons: tem carga elétrica negativa e quase não possuem massa.

Estudo do Átomo

Em 1911 o físico neozelandês Ernest Rutherford fez sua "experiência da dispersão" para suas novas descobertas sobre a estrutura do átomo e dela surgiu a base para o modelo de átomo que estudamos até hoje.

        

Rutherford bombardeou uma fina camada de ouro com partículas alfa (partículas atômicas emitidas por alguns átomos radioativos), sendo que a maioria atravessou a lâmina, outras mudaram ligeiramente de direção e algumas rebateram para trás. Ele concluiu que isso acontecia porque em cada átomo de ouro há um denso núcleo que bloqueia a passagem de algumas partículas.

Física Nuclear

O estudo do núcleo (centro) do átomo é chamado Física Nuclear. Como resultado desse estudo os cientistas descobriram maneiras de dividir o núcleo do átomo para liberar grandes quantidades de energia.

Ao se partir um núcleo, ele faz com que muitos outros se dividam, numa reação nuclear em cadeia. Nas usinas nucleares as reações são controladas e produzem luz e calor para nossos lares. Usinas nucleares produzem artificialmente grandes quantidade de energia.

O Sol é a maior fonte de energia nuclear. A cada segundo no interior do Sol, ocorrem milhões de reações nucleares em cadeia, pois, o intenso calor do Sol fazem com que seus átomos se choquem uns contra os outros e simulam em reações conhecidas como fusão nuclear. O núcleo de cada átomo libera energia que sentimos na forma de calor e enxergamos na forma luz. Enormes explosões de energias, chamadas de protuberâncias solares, ocorrem ocasionalmente na superfície do Sol.

 

 

Física de Partículas

Tudo que conhecemos consiste em minúsculos átomos, que são formados por partículas ainda menores e a Física de Partículas é o estudo dessas últimas que constituem os mais básicos blocos formadores de matéria no universo.

O estudo das partículas dá aos cientistas o conhecimento amplo do Universo e da natureza da matéria. Grande parte deles concorda que o universo se formou numa grande explosão, chamada de Big Bang. Segundos após o Big Bang, acredita-se que as partículas atômicas e a radiação eletromagnética foram as primeiras coisas que passaram a existir no Universo.

Partículas Fundamentais

Os físicos dividem as partículas atômicas fundamentais em três categorias: quarks, léptons e bósons. Os léptons são partículas leves como o elétron. Os bósons são partículas sem massa que propagam todas as forças do Universo. O glúon, por exemplo, é um bóson que une os quarks e estes formam os prótons e os nêutrons no núcleo atômico.

Os quarks se combinam para formar as partículas pesadas, como o próton e o nêutron. As partículas formadas pelos quarks são chamadas hádrons. Tal como outras partículas tem cargas diferentes, tipos diferentes de quarks tem propriedades distintas, chamadas "sabores" e "cores”, que afetam a forma de como eles se combinam.

             

 

Acelerador de Partículas

Partículas atômicas são estudadas com o uso dos aceleradores de partículas, as quais são máquinas complexas que disparam partículas atômicas a velocidades altíssimas, fazendo-as colidir com outras. Tais colisões expõem novas partículas que podem ser analisadas.

Há dois tipos de aceleradores:

Circular: As partículas são disparadas em círculos cada vez mais rápidos, por meio de poderosas forças elétricas e quando ganham suficiente rapidez são soltas em uma trilha central onde colidem com partículas alvo.

Linear: São disparadas duas trajetórias de partículas em alta velocidade, uma contra a outra.

                

Nos dois tipos de aceleradores de partículas acima, as trajetórias são registradas e as informações são fornecidas a computadores, que investigam as novas partículas.

Relógio Atômico

A medição do tempo para fins científicos deve ser muito precisa e o Relógio Atômico é o mais preciso de todos que existem atualmente. Ele mede as diminutas trocas de energia do interior dos átomos do metal Césio. Por serem muito regulares, as trocas criam um padrão preciso para medir o tempo. O Relógio Atômico mede as vibrações naturais dos átomos de Césio. Eles vibram mais de 9 bilhões de vezes por segundo, com isso, o Relógio Atômico atrasará poucos segundos a cada 100.000 anos.

                    

 

  

Conclusão

 

A antimatéria é muitíssimo rara. 

 

 

 

Referências 

http://www.fisica.net/vestibular/resumos/fisicamoderna.php

http://minerva.ufpel.tche.br/~histfis/impact_t.htm

http://www.algosobre.com.br/ler.asp?conteudo=101

http://pt.wikipedia.org/wiki/Antimat%C3%A9ria