Antiproton

Antimatter

Overview

Annihilation

Devices

• Particle accelerator
• Armadilha de penetração

Antipartículas

• Positrão
• Antiprotão
• Antineutrão

Usos

• Emissão de pósitrão Tomografia
• Combustível
• Armas

Corpos Científicos

• Colaboração ALPHA
• ATHENA
• ATRAP
• CERN

Pessoas

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sakharov

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Um antiproton (símbolo p, pronunciado p-bar) é o antipartícula do próton. Um antiprotão é relativamente estável, mas é tipicamente de curta duração porque qualquer colisão com um próton causará a aniquilação de ambas as partículas em uma explosão de energia. Foi descoberto em 1955 pelos físicos Emilio Segrè e Owen Chamberlain da Universidade da Califórnia, Berkeley e Owen Chamberlain, pelos quais receberam o Prémio Nobel da Física de 1959. No CERN em Genebra, Suíça, e no Fermilab em Batavia, Illinois, os antiprotões são rotineiramente produzidos e usados para pesquisa científica.

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AntiProton

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The quark structure of the proton.

Classificação:

Baryon

Propriedades

Teóricamente, um antiproton consiste em dois quarks anti-up e um quark antidown, simbolizados como uud.

As propriedades do antiproton são previstas pela simetria do CPT para estarem exactamente relacionadas com as do proton. Em particular, a simetria do CPT prevê que a massa e a vida útil do antiprotão sejam as mesmas do próton, e que a carga elétrica e o momento magnético do antiprotão sejam opostos em sinal e iguais em magnitude aos do próton.

Em meados de junho de 2006, cientistas do CERN (Organização Européia de Pesquisa Nuclear, ou, em francês, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) conseguiram determinar a massa do antiproton, que mediram 1.836,153674(5) vezes mais maciça que um elétron. Isto é exatamente o mesmo que a massa de um protão “regular”, como previsto. A formação de antimatéria está relacionada a questões sobre o que aconteceu na época do Big Bang, e porque uma quantidade tão pequena de antimatéria permanece em nosso Sistema Solar hoje.

Produção artificial

A formação de antiprotões requer energia equivalente a uma temperatura de dez trilhões de K (1013 K), que não é atingida na maioria das condições naturais. Entretanto, no CERN (Organização Européia de Pesquisa Nuclear, ou, em francês, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire), os prótons são acelerados no Proton Synchrotron (PS) para uma energia de 26 GeV, e depois esmagados em uma haste de irídio. Os prótons ricocheteiam nos núcleos de irídio com energia suficiente para que a matéria seja criada. Uma gama de partículas e antipartículas é formada, e os antiprotões são separados usando ímãs no vácuo.

Ocorrência na natureza

Antiprotões têm sido detectados em raios cósmicos por mais de 25 anos, primeiro por experimentos com balões e mais recentemente por detectores baseados em satélites. A imagem padrão para sua presença em raios cósmicos é que eles são produzidos em colisões de prótons de raios cósmicos com núcleos no meio interestelar, através da reação:

p A → p p p p A

Os antiprotões secundários (p) propagam-se então através da galáxia, confinados pelos campos magnéticos galácticos. Seu espectro energético é modificado por colisões com outros átomos no meio interestelar, e os antiprotões também podem ser perdidos por “vazamentos” da galáxia.

O espectro energético dos raios cósmicos antiprotões é agora medido de forma confiável e é consistente com esta imagem padrão da produção de antiprotões por colisões de raios cósmicos. Isto estabelece limites superiores para o número de antiprotões que poderiam ser produzidos de formas exóticas, tais como a aniquilação de partículas de matéria negra superassimétricas na galáxia, ou a evaporação de buracos negros primordiais. Isto também fornece um limite inferior na vida útil dos antiprotões de cerca de um a dez milhões de anos. Como o tempo de armazenamento galáctico dos antiprotões é de cerca de dez milhões de anos, uma vida útil intrínseca de decaimento modificaria o tempo de residência galáctica e distorceria o espectro dos antiprotões de raios cósmicos. Isto é significativamente mais rigoroso que as melhores medições laboratoriais da vida útil do antiprotões:

• Colaboração com o CERN: 0,8 ano
• Anti-hidrogénio Armadilha de caneta de Gabrielse et al: 0,28 ano
• Colaboração com o Fermilab: 50.000 anos para p → μ- + X e 300.000 anos para p → e- + γ

Detecção experimental em raios cósmicos

Experiências recentes para detecção de antiprotões em raios cósmicos incluem o seguinte:

• BESS: experiência com balão, voada em 1993, 1995 e 1997.
• CAPRIÇA: experimento com balão, voado em 1994.
• CALOR: experimento com balão, voado em 2000.
• AMS: experimento baseado no espaço, protótipo voado no ônibus espacial em 1998, destinado à Estação Espacial Internacional mas ainda não lançado.
• PAMELA: experimento de satélite para detectar raios cósmicos e antimatéria do espaço, lançado em junho de 2006.

Usos

Antiprotões são rotineiramente produzidos no Fermilab para operações de física de colisão no Tevatron, onde são colididos com prótons. O uso de antiprotões permite uma maior energia média de colisões entre quarks e antiquarks do que seria possível em colisões entre prótons e prótons. A base teórica para isto é que os quarks de valência no próton e os antiquarks de valência no antiproton tendem a carregar a maior fracção do momento do próton ou do antiproton.

Veja também

• Antimatéria
• Particula elementar
• Positron
• Proton

Notas

• Avançar, Robert L. 2001. Matéria de Espelho: Física de Antimatéria Pioneira. Lincoln, NE: Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimatéria: The Ultimate Mirror. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K., e S. Kim. 1994. 9th Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics (9º Workshop de Física de Colisão Proton-Antiproton). Série de Ciência de Fronteira No. 11. Tóquio, Japão: Universal Academy Press. ASIN B000RFVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Isodual Theory of Antimatter: with applications to Antigravity, Grand Unification and Cosmology (Fundamental Theories of Physics). Nova York, NY: Springer. ISBN 1402045174

Todos os links recuperados em 6 de abril de 2016.

• Antiproton pesa em physicsworld.com.
• O Aniversário de Ouro da Ciência Antiproton@BerkeleyLab. (Dá história da descoberta do antiproton.)
• Introdução ao Antiproton Decelerator CERN.

Partículas em física

Partículas elementares

Férmions elementares: Quarks: u – d – s – c – b – t – Leptons: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Bossons elementares: Bósons calibre: γ – g – W± – Z0 – Fantasmas

Partículas compostas

Hadrons: Bariões(lista)/Hiperons/Nucleões: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mesons(lista)/Quarkonia: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Outros: Núcleo atómico – Átomos – Moléculas – Positrónio

Partículas elementares tipotéticas

Superparceiros: Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermion – Slepton – Squark
Outros: Axion – Dilaton – Goldstone boson – Graviton – Higgs boson – Tachyon – X – Y – W’ – Z’

Partículas compostas hipotéticas

Hadrões exóticos: Bariões exóticos: Pentaquark – Mesões exóticos: Bola de cola – Tetraquark Outros: Molécula Mesónica

Quasipartículas

Davydov soliton – Exciton – Magnon – Phonon – Plasmon – Polariton – Polaron