As antipartículas: a descoberta do pósitron

O contexto da época 1926 Erwin Schrödinger: Equação de onda para partícula (previsão de De Broglie)

Arnold Sommerfeld 1926 Paul Dirac Necessidade de correções relativística para elétrons em órbitas em torno de núcleos. 1926 Paul Dirac Buscou conciliar as duas teorias: Equação de onda para partículas (Mecânica Quântica) e a Relatividade, chegando a seguinte solução:

Solução para partículas livres: (parte positiva) (parte negativa)

Evidenciou que espaço e matéria não se excluem. Energias negativas: necessidade de repensar o vácuo. Nova interpretação do vácuo: Região do espaço onde se teria a menor energia possível, deixando de ser aquele espaço totalmente ausente de matéria Evidenciou que espaço e matéria não se excluem.

Modelo de Dirac: “mar de elétrons” O vácuo então, na interpretação de Dirac, seria o estado de todos os níveis de energia negativa ocupados por elétrons, tendo uma estrutura complexa com uma energia total negativa e infinita. Contudo, um elétron do estado negativo poderia ser excitado passando para o estado positivo, deixando no vácuo o que Dirac chamou de buraco. Esse buraco seria interpretado como uma partícula positiva de energia positiva – MAR DE ELÉTRONS

Modelo de Dirac: “mar de elétrons”

Primeiro candidato: o próton No entanto a massa deveria ser igual ao do elétron. Então, como conceber uma partícula de mesma massa que o elétron, porém positiva? Descrença na proposta de Dirac

1932 - Detecção da partícula prevista por Dirac: Anderson Anderson: análise de rastros de partículas Pósitron (e+) : a primeira antipartícula

O desconforto do “mar de elétrons” Final da década de 40: proposta de uma solução Os estados de energia negativa passaram a ser interpretados como estados correspondentes as antipartículas que só foi possível com o desenvolvimento do Eletrodinâmica Quântica (QED) por Richard Feynman Toda partícula possui uma antipartícula Antipartículas: Mesma massa das partículas Uma propriedade contrária das partículas

Exemplos: nêutron e neutrino antinêutron Carga Spin 1/2 massa 939,27 MeV Nº bariônico +1 -1 neutrino antineutrino Carga Spin 1/2 massa < 16 eV Nº leptônico +1 -1

Antipróton: p Antinêutron: n Antielétron: e+ Antiquarks: u, d, s, c, b, t

Átomos de anti hidrogênio (formados por um pósitron e um antipróton) são hoje em dia produzidos rotineiramente para pesquisa em grandes aceleradores Apesar de soar com um tom de ficção científica, a Teoria proposta por Dirac foi estendida a todas as partículas e não proíbe a formação de antiátomos e, conseqüentemente, aglomerados deles, dando forma a antiseres, porém as antipartículas são raras, sendo a combinação entre elas, bem improvável.

Aniquilação e produção de partículas Produção: fóton com energia suficiente para produzir as partículas. Aniquilação: partículas e antipartícula se colidem produzindo energia (fótons) Em ambos processos deve-se conserva energia e momento.

Conseqüências da descoberta do pósitron Revisão do conceito de ELEMENTAR o conceito de partícula elementar passou por um profundo processo de revisão, culminado no entendimento que estas partículas não são necessariamente imutáveis e indestrutíveis. Mudança na idéia do VÁCUO Aceitação definitiva das ANTIPARTÍCULAS Explicação para o EFEITO CASIMIR Possível detecção de BURACOS NEGROS