A transformação de luz em matéria

Em teoria,  luz e  matéria são intercambiáveis, porém, acreditava-se que a demonstração prática da teoria seria  impossível. 

Pesquisadores descobriram como produzir matéria a partir de luz pura, e estão fazendo planos para demonstrar o feito dentro dos próximos 12 meses.

A teoria na qual a ideia se baseia foi descrita há  80 anos por dois físicos que, depois, trabalharam na primeira bomba atômica. Na época, eles consideravam impossível a conversão de luz em matéria em um laboratório.  

Entretanto, em um relatório publicado neste domingo, 18 de maio de 2014, físicos do Imperial College em Londres disseram ter solucionado o problema utilizando lasers de alta potência e outros equipamentos  dos quais os cientistas dispõem agora.

"Nós demonstramos, em princípio, como gerar matéria a partir de luz," disse Steven Rose, do Imperial College. "Com este experimento, pegamos luz e a transformamos em matéria."

Os cientistas estão agora prestes a obter uma máquina capaz de criar objetos de uso trivial a partir de um  súbito raio de energia laser. O tipo de matéria que eles procuram produzir virá na forma de  partículas subatômicas, invisíveis a olho nu.

A ideia original foi escrita por dois físicos americanos, Gregory Breit e John Wheeler, em 1934. Eles descobriram que – muito raramente – duas partículas de luz, ou seja, fótons, poderiam se combinar para produzir um elétron e seu equivalente em antimatéria, um posítron. Elétrons são partículas de matéria que formam a couraça externa dos átomos que compõem os objetos comuns que vemos ao nosso redor.

Mas Breit e Wheeler não esperavam que sua teoria pudesse ser comprovada tão cedo.Em seu estudo, eles notaram que o processo era tão raro e difícil de produzir que seria "inútil tentar  observar a formação do par em experimentos de laboratório".

Oliver Pike, principal pesquisador do estudo, disse que o processo é uma das mais elegantes demonstrações da famosa relação de Einstein que revela serem  matéria e energia duas moedas intercambiáveis. "O processo Breit-Wheeler é o meio mais  simples de criar matéria a partir de luz, e uma das mais  puras demonstrações da equação E=mc2," disse. 

Num artigo para a revista Nature Photonics, intitulado  A photon–photon collider in a vacuum hohlraum  (http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2014.95.html), os cientistas descrevem como poderiam transformar luz em matéria através de algumas etapas distintas. No primeiro passo, eles disparam elétrons contra uma barra de ouro para produzir um raio de fótons de alta energia. Em seguida, disparam um laser de alta energia contra uma minúscula cápsula de ouro chamada hohlraum, palavra alemã que significa "sala vazia". Isso produz uma luz tão intensa quanto a emitida pelas estrelas. Na etapa final, eles atiram o primeiro raio de fótons através do hohlraum, onde as duas correntes de elétrons colidem entre si.

Os cálculos dos cientistas mostram que o arranjo força uma quantidade de partículas de luz com energias suficientemente altas através de um volume pequeno o bastante para criar cerca de 100.000 pares de elétrons-posítrons.

O processo é uma das mais espetaculares previsões de uma teoria chamada Eletrodinâmica Quântica (QED), desenvolvida durante os momentos que antecederam a Segunda Guerra Mundial. "O processo pode ser considerado a mais importante consequência da QED, e mostra claramente que luz e matéria são intercambiáveis," disse Rose ao jornal The Guardian.

Os cientistas esperam demonstrar  o processo no decorrer dos próximos 12 meses. Há alguns locais mundo afora que dispõem da tecnologia. Um deles é o enorme laser Omega, em Rochester, Nova York. Há também o laser Orion, em Aldermaston, as instalações de armas atômicas situadas em Berkshire, no Reino Unido.

Uma demonstração bem sucedida  irá incentivar os físicos que viam o prospecto de um colisor fóton-fóton como uma ferramenta para o estudo do comportamento das partículas subatômicas. "Um colisor desse tipo poderia ser utilizado para o estudo da física fundamental com um arranjo experimental muito simples: entra luz pura, sai matéria. O experimento seria a primeira demonstração disso," disse Pike.

Andrei Seryi, diretor do Instituto John Adams, da Universidade de Oxford, disse: "É emocionante pensar que coisas as quais nós pensávamos  não estarem conectadas podem, de fato, ser convertidas umas na outras: matéria e energia, partículas e  luz. Poderíamos, no futuro, converter energia em tempo, e vice-versa?"

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Em 31 de agosto de 2007, publiquei aqui no blog o artigo Tempo, energia e matéria http://detudoblogue.blogspot.com.br/2007/08/tempo-energia-e-matria.html