As antipartículas: a descoberta do pósitron

As antipartículas: a
descoberta do pósitron
O contexto da época
1926 Erwin Schrödinger:
Equação de onda para partícula (previsão de De Broglie)
Arnold Sommerfeld
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)
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
Carga
Spin
massa
Nº bariônico
Carga
Spin
massa
Nº leptônico
nêutron
antinêutron
0
1/2
939,27 MeV
+1
0
1/2
939,27 MeV
-1
neutrino
antineutrino
0
1/2
< 16 eV
+1
0
1/2
< 16 eV
-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)
e  e    
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