Radiação emitida por elétrons altamente relativísticos. Alguns elétrons perdem 80% de sua energia em uma única emissão. Este feixe de raios gama é muito estreito:se você o apontasse para uma parede de uma casa do outro lado da rua, faria um ponto menor do que a ponta do dedo. Crédito:Marija Vranic, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa.
A antimatéria é um material exótico que vaporiza ao entrar em contato com matéria regular. Se você acertar uma bola de beisebol de antimatéria com um bastão feito de matéria normal, iria explodir em uma explosão de luz. É raro encontrar antimatéria na Terra, mas acredita-se que exista nos confins do universo. Surpreendentemente, a antimatéria pode ser criada a partir do nada - os cientistas podem criar explosões de matéria e antimatéria simultaneamente, usando luz extremamente energética.
Como os cientistas fazem antimatéria? Quando os elétrons, partículas subatômicas carregadas negativamente, movem-se para a frente e para trás, emitem luz. Se eles se moverem muito rápido, eles emitem muita luz. Uma ótima maneira de fazê-los se mover para frente e para trás é explodi-los com poderosos pulsos de laser. Os elétrons se tornam quase tão rápidos quanto a luz, e eles geram feixes de raios gama (Figura 1). Os raios gama são como os raios X, como aqueles em consultórios médicos ou filas de segurança de aeroportos, mas são muito menores e têm ainda mais energia. O feixe de luz é muito nítido, mais ou menos a espessura de uma agulha de costura, mesmo a poucos metros de sua origem.
Quando os raios gama produzidos por elétrons se cruzam, eles podem criar pares matéria-antimatéria - um elétron e um pósitron. Agora, os cientistas desenvolveram um novo truque para criar esses pares matéria-antimatéria com ainda mais eficiência.
"Desenvolvemos uma 'armadilha óptica' que impede os elétrons de se moverem muito depois de emitirem raios gama, "disse Marija Vranic da Universidade de Lisboa, que apresentará seu trabalho na reunião da American Physical Society Division of Plasma Physics em Portland, Ore. "Eles ficam presos onde podem ser atingidos novamente pelos poderosos pulsos de laser. Isso gera mais raios gama, que cria ainda mais pares de partículas. "
Este processo se repete, e o número de pares cresce muito rápido no que é chamado de "cascata". O processo continua até que as partículas criadas sejam muito densas (Figura 2).
Uma armadilha óptica para plasma de matéria-antimatéria. A armadilha é formada por 4 lasers, dispostos em um plano, todos indo para o mesmo ponto. Quando os lasers se sobrepõem, eles formam uma onda 2D, com campos elétricos mostrados na figura. Há um pequeno objeto no centro, um nanofio 100x mais fino que um cabelo humano. Os elétrons são retirados do fio e acelerados perto da velocidade da luz. Eles estão presos na onda, então, quando eles perdem a maior parte de sua energia emitindo luz, eles são re-acelerados. Os fótons produzem pares elétron-pósitron, eles próprios presos. Este processo pode criar um denso plasma elétron-pósitron que eventualmente converte a maior parte da energia laser disponível em raios gama. Crédito:Marija Vranic, Instituto Superior Técnico, Universidade de lisboa
Acredita-se que as cascatas ocorram naturalmente em cantos distantes do universo. Por exemplo, estrelas de nêutrons em rotação rápida chamadas pulsares têm campos magnéticos extremamente fortes, um trilhão de vezes mais forte do que os campos magnéticos da Terra, que pode produzir cascatas.
O estudo de cascatas em laboratório pode lançar luz sobre mistérios relacionados a plasmas astrofísicos em condições extremas. Esses feixes também podem ter aplicações industriais e médicas para imagens não invasivas de alto contraste. Mais pesquisas são necessárias para tornar as fontes mais baratas e mais eficientes, para que possam se tornar amplamente disponíveis.
