Antimatéria é matéria igualzinha à comum, só que com a carga elétrica trocada. Para cada partícula que existe, existe uma gêmea de mesma massa e carga oposta: o elétron, que tem carga negativa, tem como par o pósitron, idêntico em tudo menos no sinal, que é positivo. E não é ficção científica: antimatéria é fabricada todos os dias aqui na Terra, inclusive por trovoadas comuns, e a NASA já flagrou isso com um telescópio espacial.
O que torna o assunto estranho é a segunda metade da história. Quando uma partícula encontra a antipartícula dela, as duas somem — e viram pura energia.
Matéria com o sinal trocado
Pense num elétron, a partícula de carga negativa que orbita os átomos e que, correndo por um fio, é o que a gente chama de eletricidade. O pósitron tem exatamente a mesma massa do elétron, exatamente o mesmo comportamento, e carga positiva.
A mesma lógica vale para o resto da lista:
| Partícula comum | Carga | Antipartícula | Carga |
|---|---|---|---|
| Elétron | negativa | Pósitron | positiva |
| Próton | positiva | Antipróton | negativa |
| Nêutron | neutra | Antinêutron | neutra (mudam as partes internas) |
| Átomo de hidrogênio | neutro | Anti-hidrogênio | neutro |
O anti-hidrogênio da última linha não é hipótese: juntando um antipróton e um pósitron, cientistas já montaram átomos inteiros de antimatéria em laboratório.
Uma confusão comum vale desfazer agora: antimatéria não é a mesma coisa que matéria escura, nem que "energia negativa". Antimatéria tem massa positiva e energia positiva, e pesa igual à matéria comum. A parte invisível do universo é outro assunto, contado em Matéria escura: o que é a parte invisível do universo.
O encontro: tudo vira luz
Quando um elétron esbarra num pósitron, os dois desaparecem. No lugar deles aparecem dois raios gama — luz de altíssima energia. Esse processo se chama aniquilação, e ele tem uma assinatura muito específica: cada um dos raios gama sai com energia de 511 mil elétron-volts.
Esse número é o crachá da antimatéria. Quando um telescópio de raios gama detecta um brilho exatamente em 511 keV, ele sabe que ali, naquele instante, elétrons e pósitrons estão se encontrando. É assim que a NASA caça antimatéria no universo sem precisar ir até lá.
O caminho inverso também existe e se chama produção de pares: um raio gama suficientemente energético, passando perto de um átomo, pode se transformar num elétron e num pósitron. Energia virando matéria e antimatéria, sempre aos pares. É literalmente a conta do E = mc² funcionando nos dois sentidos.
Por que a aniquilação é tão violenta
Aqui está a parte que impressiona, e ela se entende por comparação.
O Sol produz energia por fusão nuclear: a cada segundo ele transforma 600 milhões de toneladas de hidrogênio em 596 milhões de toneladas de hélio, e as 4 milhões de toneladas que faltam viraram luz e calor, como contamos em O Sol em números: tamanho, temperatura, idade e distância. Dividindo um pelo outro: a fusão converte em energia 0,67% da massa que entra. Menos de um por cento, e isso já é o motor de uma estrela.
Na aniquilação, a conversão é de 100%. Nada sobra de matéria: tudo o que entrou vira radiação.
Ou seja: grama por grama, a aniquilação rende cerca de 150 vezes mais energia do que a fusão nuclear que mantém o Sol aceso.
Em números absolutos: um grama de matéria encontrando um grama de antimatéria libera cerca de 1,8 × 10¹⁴ joules, que são aproximadamente 50 milhões de quilowatt-hora — a mesma unidade que aparece na conta de luz da sua casa. Tudo isso a partir de duas gramas, menos do que pesa qualquer moeda do seu bolso.
As trovoadas brasileiras estão fabricando antimatéria
Esta é a parte que parece invenção e não é.
Dentro de uma nuvem de tempestade, as correntes elétricas são tão fortes que a nuvem funciona como um acelerador de partículas. Ela chega a disparar jatos de raios gama para cima, chamados de flashes de raios gama terrestres — pulsos brevíssimos que duram frações de milésimo de segundo. A estimativa da NASA é de cerca de 500 desses flashes por dia no mundo inteiro. O Brasil, que é campeão mundial de incidência de raios, participa bastante dessa conta.
Em 2011, a NASA anunciou que o telescópio espacial Fermi havia detectado algo a mais: esses flashes vêm acompanhados de feixes de antimatéria. Entre agosto de 2008 e o fim de 2010, o Fermi registrou 130 desses eventos.
O caso mais claro foi em 14 de dezembro de 2009. O Fermi estava sobrevoando o Egito quando detectou a assinatura de 511 keV — pósitrons se aniquilando contra o próprio corpo do telescópio. Só que não havia tempestade nenhuma embaixo dele. A tempestade estava na Zâmbia, a cerca de 4.500 quilômetros dali — mais do que separa Boa Vista, em Roraima, do Chuí, no extremo sul do Rio Grande do Sul, que são 4.100 km em linha reta (conta nossa).
O que aconteceu: a tempestade cuspiu um feixe de pósitrons a uns 15 km de altura, e as partículas subiram guiadas pelo campo magnético da Terra, como se o campo fosse um trilho. Elas atravessaram meio planeta por fora, bateram no Fermi, aniquilaram-se — e, por um instante, o telescópio virou ele mesmo uma fonte de raios gama e enxergou o próprio brilho. Duas levas de pósitrons chegaram separadas por 23 milésimos de segundo.
Ou seja: enquanto você lê isto, alguma tempestade em algum lugar está jogando antimatéria para o espaço.
A nuvem de antimatéria no centro da galáxia
Mais longe, a coisa fica maior. Em 1997, usando o observatório Compton de raios gama, uma equipe liderada por William R. Purcell, da Universidade Northwestern, encontrou uma nuvem de antimatéria acima do centro da Via Láctea — detectada, de novo, pelo brilho de 511 keV de pósitrons se aniquilando.
Até hoje ninguém sabe ao certo de onde vem. As hipóteses que a NASA listou na época incluem explosões em série de estrelas na região central, jatos de material vindos do buraco negro gigante que mora ali, ou a fusão de duas estrelas de nêutrons. Nas palavras de Charles Dermer, do Laboratório de Pesquisa Naval: "É como achar um cômodo novo na casa em que você mora desde criança. E o cômodo não está vazio — tem algum motor ou caldeira ali fazendo gás quente cheio de antimatéria se aniquilando." O centro da galáxia, aliás, é assunto de O que é a Via Láctea e como ver a nossa galáxia do Brasil.
O maior mistério: por que sobrou matéria?
Aqui está a pergunta que incomoda os físicos de verdade.
Se energia sempre vira matéria e antimatéria aos pares, o Big Bang deveria ter produzido quantidades iguais das duas. E aí as duas deveriam ter se aniquilado inteirinhas, deixando um universo só com luz e nada mais — sem estrelas, sem planetas, sem você.
Não foi o que aconteceu. Sobrou matéria, e o universo inteiro que vemos é feito dela. Isso significa que, por algum motivo que ninguém explicou até hoje, a natureza tem uma preferência minúscula por matéria — pequena o bastante para que quase tudo se aniquilasse, e grande o bastante para que sobrasse o suficiente para fazer galáxias. É dessas sobras que tudo é feito, inclusive você.
Essa assimetria é um dos buracos abertos mais importantes da física. Não é que falte a resposta de um detalhe: falta a explicação de por que existe alguma coisa em vez de nada. O resto da história do começo do universo está em O que é o Big Bang? A explicação simples, sem fórmula.
Dá para usar antimatéria como combustível?
Em teoria, é o combustível perfeito: conversão de 100% da massa em energia, nada se compara. Em engenharia, é o oposto de prático, por três motivos.
Fabricar custa um absurdo. Antimatéria não é extraída, é fabricada partícula por partícula em aceleradores, gastando muito mais energia do que a que ela devolveria. Nenhum laboratório do mundo produziu até hoje mais do que uma quantidade minúscula.
Guardar é pior ainda. Antimatéria não pode encostar em nada — nem no recipiente. Qualquer contato com matéria comum, e os dois somem. A única forma conhecida de armazenar é suspender as partículas no vácuo com campos magnéticos, e isso consome energia o tempo todo.
E ela não dura. Num lugar com matéria em volta, a antimatéria desaparece quase instantaneamente.
É por isso que antimatéria aparece em filme como combustível de nave e, na vida real, aparece em hospital: a tomografia PET — a sigla significa, em inglês, tomografia por emissão de pósitrons — funciona injetando no paciente uma substância que emite pósitrons. Eles se aniquilam com elétrons do corpo e produzem exatamente aqueles raios gama de 511 keV, que o aparelho detecta para montar a imagem. Se alguém da sua família já fez um PET-scan, já foi examinado por antimatéria.
