Em uma demonstração impressionante de uma das equações mais famosas de Einstein, os físicos afirmam ter criado a matéria a partir da luz pura pela primeira vez.
A famosa equação E = mc2 de Albert Einstein diz que se você esmaga dois fótons suficientemente energéticos, ou partículas de luz, um no outro, você deve ser capaz de criar matéria na forma de um elétron e seu oposto de antimatéria , um pósitron.
Mas este processo, descrito pela primeira vez pelos físicos americanos Gregory Breit e John Wheeler em 1934, tem sido um dos mais difíceis de observar na física – principalmente porque os fótons em colisão precisariam ser raios gama altamente energéticos, e os cientistas ainda não são capazes de fazer lasers de raios gama. Experimentos alternativos mostraram matéria sendo produzida a partir de múltiplos fótons, mas nunca da maneira necessária para provar o efeito de forma mais conclusiva.
Mas pesquisadores do Laboratório Nacional de Brookhaven, em Nova York, agora acreditam que encontraram uma solução alternativa. Usando o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) do laboratório, eles foram capazes de produzir medições que se aproximam das previsões para o estranho ato de transformação.
“Em seu estudo, Breit e Wheeler já perceberam que isso é quase impossível de fazer”, disse Zhangbu Xu, físico do Laboratório de Brookhaven, em um comunicado . “Os lasers ainda nem existiam! Mas Breit e Wheeler propuseram uma alternativa: acelerar íons pesados. E a alternativa é exatamente o que estamos fazendo no RHIC.”
Em vez de acelerar os fótons diretamente, os pesquisadores aceleraram dois íons – núcleos atômicos desprovidos de seus elétrons e, portanto, carregados positivamente – em um grande loop, antes de enviá-los um pelo outro em uma quase colisão. Como os íons são partículas carregadas que se movem muito perto da velocidade da luz, eles também carregam um campo eletromagnético com eles, dentro do qual há um monte de fótons “virtuais” não muito reais “viajando com [o íon] como uma nuvem , “Xu explicou.
Partículas virtuais são partículas que só surgem brevemente como distúrbios nos campos que existem entre as partículas reais. Eles não têm as mesmas massas que suas contrapartes reais (ao contrário de suas contrapartes reais que não têm massa, os fótons virtuais têm massa). Nesse experimento, quando os íons passaram rapidamente um pelo outro quase acertando, suas duas nuvens de fótons virtuais estavam se movendo tão rápido que agiam como se fossem reais. As partículas virtuais de ação real colidiram – produzindo um par elétron-pósitron muito real que os cientistas detectaram.
Para ser uma observação verdadeira do processo Breit-Wheeler, ou o mais verdadeiro possível usando partículas virtuais, os físicos tinham que se certificar de que seus fótons virtuais estavam se comportando como os reais. Para verificar o comportamento dos fótons virtuais, os físicos detectaram e analisaram os ângulos entre mais de 6.000 pares elétron-pósitron produzidos por seu experimento.
Quando duas partículas reais colidem, os produtos secundários devem ser produzidos em ângulos diferentes do que se fossem feitos por duas partículas virtuais. Mas, neste experimento, os produtos secundários das partículas virtuais ricochetearam nos mesmos ângulos que os produtos secundários das partículas reais. Assim, os pesquisadores puderam verificar se as partículas que estavam vendo se comportavam como se fossem feitas por uma interação real. Eles demonstraram com sucesso o processo Breit-Wheeler.
Os pesquisadores também mediram a energia e a distribuição de massa dos sistemas. “Eles são consistentes com os cálculos da teoria sobre o que aconteceria com os fótons reais”, disse Daniel Brandenburg, físico de Brookhaven, no comunicado.
No entanto, mesmo que pareçam se comportar como partículas reais, os fótons virtuais usados no experimento ainda são inegavelmente virtuais. Isso levanta a questão de se o experimento foi uma verdadeira demonstração do processo Breit-Wheeler, mas ainda é um primeiro passo importante até que os físicos desenvolvam lasers poderosos o suficiente para mostrar o processo com fótons reais.
Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 27 de julho no Journal Physical Review Letters.
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