📦 Um pacote cheio... de antimatéria

Uma experiência conseguiu transportar antiprótons num camião de um extremo ao outro do local principal do CERN, primeiro passo essencial para a entrega de antimatéria a outros laboratórios na Europa.

A equipa da experiência BASE no CERN conseguiu manter uma nuvem de 92 antiprótons num dispositivo inovador, uma armadilha de Penning criogénica portátil, e depois desligar o dispositivo da instalação, carregá-lo num camião e dar continuidade à experiência após esta operação de transporte. Trata-se de um verdadeiro feito: a antimatéria é muito difícil de conservar, pois aniquila-se ao contacto com a matéria.


Esta primeira mundial constitui um teste, sendo o objetivo final transportar antiprótons até outros laboratórios na Europa, como a Universidade Heinrich-Heine de Düsseldorf (HHU), onde poderiam ser realizadas medições de altíssima precisão das propriedades da antimatéria.

As partículas de antimatéria são uma categoria de partículas presentes na natureza, quase idênticas às partículas de matéria ordinária, mas com cargas e momentos magnéticos invertidos. Segundo as leis da física, matéria e antimatéria devem ter sido criadas em quantidades iguais durante o Big Bang. As partículas e as antipartículas deveriam ter-se aniquilado mutuamente rapidamente, deixando para trás um Universo vazio.

No entanto, o Universo contém principalmente matéria: esta assimetria intriga os cientistas há décadas, levando-os a suspeitar que existem diferenças invisíveis que poderiam explicar por que razão a matéria permaneceu, enquanto a antimatéria desapareceu quase por completo.

Para compreender melhor a antimatéria, a experiência BASE visa medir com precisão as propriedades dos antiprótons, como o seu momento magnético intrínseco, para depois comparar essas medições com as dos protões. Mas depara-se com uma dificuldade: "As máquinas e equipamentos da fábrica de antimatéria, onde está instalada a experiência BASE, geram flutuações do campo magnético que limitam a precisão das medições, explica Stefan Ulmer, porta-voz da experiência BASE.


Essas flutuações são minúsculas, da ordem de um milésimo de milionésimo de tesla, ou seja, 20 000 vezes inferiores ao campo magnético da Terra; não podem ser detetadas fora do edifício. No entanto, dada a extrema precisão das medições realizadas pela experiência BASE para obter uma compreensão mais refinada das propriedades fundamentais dos antiprótons, temos de tirar a experiência do edifício", explica Stefan Ulmer.

A fábrica de antimatéria do CERN é o único local do mundo onde antiprótons podem ser produzidos, armazenados e estudados. Dois desaceleradores sucessivos, o Desacelerador de Antiprótons (AD) e o Anel de Antiprótons de Muito Baixa Energia (ELENA), fornecem antiprótons de baixa energia a várias experiências: quanto mais baixa for a sua energia, mais fácil é armazená-los e estudá-los.

A experiência BASE, que detém o recorde de conservação de antiprótons (mais de um ano), inventou um método inovador para dar o passo seguinte: transportar antiprótons num espaço autónomo, fora da linha do feixe, para poder realizar investigações mais precisas e também partilhá-los com outras equipas. Para isso, desenvolveu a armadilha BASE-STEP, concebida para armazenar e transportar antiprótons.

"O objetivo do dispositivo BASE-STEP é capturar antiprótons e entregá-los aos nossos laboratórios de precisão, em espaços específicos no CERN, na Universidade Heinrich-Heine de Düsseldorf, na Universidade Leibniz de Hanôver e talvez noutros laboratórios capazes de realizar medições de altíssima precisão em antiprótons, o que infelizmente não é possível na fábrica de antimatéria, explica Christian Smorra, responsável pelo projeto BASE-STEP. Validámos a viabilidade do projeto com protões no ano passado, mas o que conseguimos hoje com antiprótons é um enorme passo em frente para alcançar o nosso objetivo."

A armadilha BASE-STEP é suficientemente pequena para poder ser carregada num camião e passar por portas padrão de laboratório; também é capaz de suportar choques e vibrações devido ao transporte. O aparelho atual, que inclui um íman supercondutor, um sistema de arrefecimento criogénico a hélio líquido, fontes de energia e uma câmara de vácuo que captura as antipartículas usando campos magnéticos e elétricos, pesa 1000 kg: é portanto muito mais compacto do que o dispositivo BASE ou qualquer outro sistema utilizado para estudar antimatéria.

"Ir até ao nosso primeiro destino, o nosso laboratório de precisão na Universidade Heinrich-Heine na Alemanha, demoraria pelo menos oito horas, continua Christian Smorra. Isso significa que o íman supercondutor da armadilha terá de se manter a uma temperatura inferior a 8,2 kelvins durante todo esse tempo. Portanto, além do hélio líquido, precisaríamos de um gerador para alimentar um refrigerador criogénico no camião. Estamos atualmente a estudar as possibilidades." Seja como for, o desafio mais importante está na chegada ao destino: transferir os antiprótons para a experiência sem que eles desapareçam.

"Transportar antimatéria é uma empresa inovadora e ambiciosa, e felicito a colaboração BASE por este notável sucesso. Estamos no início de uma fantástica aventura científica que nos permitirá aprofundar os nossos conhecimentos sobre a antimatéria", conclui Gautier Hamel de Monchenault, diretor de investigação e cálculo científico no CERN.