CERN é o maior laboratório de física de partículas do mundo. Embora a fábrica de antimatéria do CERN possa parecer despretensiosa, não é um lugar onde você esperaria encontrar um dos materiais mais explosivos do universo. A antimatéria é composta de partículas elementares como a matéria regular, mas com cargas elétricas opostas. Quando essas partículas entram em contato umas com as outras, elas colidem, transformando-se em energia. Um único grama de antimatéria pode causar a explosão de uma bomba nuclear.
O Big Bang criou matéria e antimatéria ao mesmo tempo, o que deveria significar que ambos os tipos de matéria teriam se destruído completamente. Em vez disso, vivemos em um Universo composto quase inteiramente de matéria comum.
Na fábrica de antimatéria do CERN, as partículas são criadas para estudar as propriedades da antimatéria e do anti-hidrogênio e para responder a perguntas fundamentais sobre do que o universo é feito e por que existimos.
O primeiro passo na criação de partículas de antimatéria é criar antiprótons. Isso é feito usando um síncrotron de prótons, como o mostrado aqui.
O próton síncrotron continua a acelerar o feixe ao longo de um caminho circular de 628 metros, como mostrado aqui, esmagando-o em um grande bloco de irídio. Quando o feixe de prótons colide com o irídio, ele produz cerca de quatro prótons para cada milionésimo de colisão.
Os antiprótons têm um longo caminho pela frente. Eles são alimentados no desacelerador antipróton, onde ímãs poderosos os desaceleram e os guiam ao redor do anel antiprotônico. Os antiprótons então vão para um ímã quadrupolo que os comprime contra sua repulsão natural entre si. O anel de antiprótons de energia extra baixa diminui a velocidade das partículas para cerca de 1,5% da luz, ajudando os físicos a capturá-los.
Na etapa final da produção de antimatéria, um vácuo é criado. Normalmente, qualquer partícula de antimatéria seria destruída ao entrar em contato com a matéria comum. Nesse caso, o vácuo é aquecido a 250°C, deixando um vácuo quase perfeito.
Um medidor de pressão é usado para monitorar as condições de vácuo para evitar uma colisão entre matéria e antimatéria. No entanto, mesmo que tal colisão ocorresse, esses experimentos produziriam quantidades tão pequenas de antimatéria que levaria 10 bilhões de anos para produzir apenas 0,25 gramas, que é a quantidade de antimatéria necessária para uma “bomba de antimatéria” teórica.
Uma armadilha penning, como a mostrada, é resfriada a temperaturas próximas do zero absoluto e usa um vácuo extremo e um campo eletromagnético para capturar prótons e elétrons, os blocos de construção da antimatéria. Folhas ultrafinas (1,5 micrômetro de espessura) são adicionadas à armadilha de caneta para desacelerar e capturar prótons enviados do anel de ELENA.
Antes da instalação do ELENA em 2018 para desacelerar a produção de prótons no CERN, o CERN capturava apenas cerca de 1% dos prótons que produzia. Hoje, o CERN captura até 70% de seus prótons produzidos.
Depois que ELENA desacelera as partículas, elas são enviadas para vários experimentos na fábrica de anti-hidrogênio. Por exemplo, o experimento AEgIS usa uma armadilha de produção de anti-hidrogênio com ímãs fortes em ambos os lados.
Outro experimento, o ASACUSA, testa a ideia de que a antimatéria tem a mesma massa que os prótons comuns, conforme previsto pelo teorema de carga, paridade e simetria de reversão do tempo (CPT). Na área experimental ALPHA, ímãs supercondutores cheios de hélio líquido aprisionam a antimatéria. Em 2011, o experimento Alpha do CERN na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN) prendeu com sucesso 309 átomos de antimatéria, com alguns permanecendo presos por quase 17 minutos, “o que é para sempre”, de acordo com um físico do laboratório.
Mas a antimatéria é cara e ineficiente de produzir. Custa cerca de US$ 62,5 trilhões (R$ 312,5 trilhões) para fazer um grama. É por isso que o CERN limitou sua produção de antimatéria a menos de 10 nanogramas desde que começou em 1995. Sameed Muhammed, um físico que trabalha na produção de antimatéria no CERN, contribuiu para esta história.
