sábado, 15 de fevereiro de 2014

O que são Antipartículas? | A antimatéria e as antipartículas


Pesquisas realizadas no instituto SLAC (Stanford Accelerator Center) localizado na Califórnia e a Organização KEK (Acelerador de Alta Energia e Pesquisa) no Japão estudam a colisão a alta energia de matéria com a antimatéria a fim de esclarecer como as matérias e as anti matérias  interagem.
Físicos estão numa procura incessante para descobrir como o universo funciona a nível macroscópico e em escala microscópica, isso possibilitará a compressão da origem da matéria após o Big Bang. Saber o que são as partículas elementares e como se interagem é um desafio que intriga veementemente os físicos em todo o mundo.

As partículas elementares

O conceito que define partícula elementar é um tanto abstrato e matemático. Todas as partículas elementares são descritas por um objeto matemático denominada Função de Onda, com isso são extraídas informações sobre a dinâmica de tais partículas. A função de onda que descreve uma partícula elementar não pode ser redutível a uma função de onda de outras partículas.
A função de onda clássica é a solução de uma equação em derivadas parciais conhecida como equação de onda. Então supor que a função de onda de uma partícula quântica deve também satisfazer a uma equação de onda.
Suponha que uma partícula quântica tenha massa m e se move sobre a influência de uma energia potencial V(x,y,z,t). Com isso, a função de onda que satisfaz a equação de derivadas parciais é:
i\hbar\frac{\partial}{\partial t}\Psi(x,t)=-\frac{\hbar^2}{2m}\frac{\partial^2}{\partial x^2}\Psi(x,t) + V(x,t)\Psi(x,t)
Para N partículas em uma dimensão, o hamiltoniano é
\hat{H}\,=\,\sum_{n=1}^{N}\frac{\hat{p}_n^2}{2m_n}\,+\,V(x_1,x_2,\cdots x_N,t) \,,\quad \hat{p}_n\,=\,-i\hbar\frac{\partial}{\partial x_n}
Em que a posição da partícula n é xn, gerando a equação:
i\hbar\frac{\partial}{\partial t}\Psi(x_1,x_2\cdots x_N,t)\,=\,-\frac{\hbar^2}{2}\sum_{n=1}^{N}\frac{1}{m_n}\frac{\partial^2}{\partial x_n^2}\Psi(x_1,x_2\cdots x_N,t)\,+\,V(x_1,x_2\cdots x_N,t)\Psi(x_1,x_2\cdots x_N,t)
Está é a famosa Equação de Schrödinger.

Antipartículas

Anti Partículas
Conceitua-se que antipartícula é a denominação que  utiliza-se para partículas consideradas elementares pela física e que apresenta a mesma massa, spin e paridade de uma partícula. Porém sua carga elétrica, número bariônico, número leptônico, números quânticos de estranheza e força trifônica são opostos.
A simetria é observada nas antipartícula com relação às partículas elementares da matéria, tendo essas a mesma massa. Outro fator importante são as cargas elétricas e seus momentos angulares terem os mesmos valores absolutos que suas correspondentes. Porém os campos magnéticos são contrários. Todavia, sempre que uma antipartícula colide com a sua respectiva partícula dá-se o aniquilamento das duas entidades.

A Antimatéria

Paul Dirac e a Antimatéria
Em meado do ano de 1928, o físico britânico Paul Dirac desenvolveu uma equação que combina a teoria quântica e a relatividade especial para descrever o comportamento de um elétron que se move com uma velocidade relativa. Mas a equação de Dirac continha um problema no qual ela apresentava duas soluções, uma para um elétron com energia positiva, e outra para um elétron com energia negativa. Observa-se que pela física clássica a energia de um elétron deve sempre ser positiva.
A interpretação para a equação diz que para cada partícula existe uma antipartícula correspondente, exatamente igual a sua partícula, mas com carga (sinal) oposta. Por exemplo, para um elétron, deve haver uma anti-elétron.
No entanto, ao ocorrer o choque entre a matéria e a antimatéria, elas se aniquilam produzindo um flash de energia. Um fato curioso é que o Big Bang deve ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria, porém um desafio imenso que tem tirado o sono de muitos cientistas é descobrir para onde foi a antimatéria do universo, sendo que só vemos a matéria existente.
Referências:
  1. http://home.web.cern.ch/
  2. http://astropt.org/blog/2013/07/25/detetadas-particulas-de-antimateria-nas-explosoes-solares/
  3. C E D E R J : Funções de Onda
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