MAMUTE RESPONDE!

A ideia da existência de algum tipo de "matéria negativa" existe pelo menos desde o final do século 19 da Era Comum, com o termo antimatéria tendo sido cunhado pelo físico britânico Arthur Schuster em 1898. Contudo, a primeira proposta a ser levada genuinamente a sério foi feita pelo físico teórico inglês Paul Dirac apenas em 1928. Em seu trabalho, "A Teoria Quântica do Elétron", Dirac deduz uma versão da equação de Schrödinger compatível com a relatividade restrita para o elétron. 

Para sua surpresa, a equação que futuramente levaria o seu nome possuía duas soluções: uma com energia positiva e outra com energia negativa. A primeira podia ser facilmente identificada com o elétron. Mas, e a segunda, o que seria? Sem encontrar nenhum bom argumento matemático para ignorar essa segunda solução inconveniente, Dirac ponderou sobre as consequências de sua existência. Nesse caso, a interação entre um campo eletromagnético e um elétron com energia positiva deveria forçá-lo a decair espontaneamente em estados com energias cada vez mais negativas através da emissão de fótons. Entretanto, não é o que observamos, pois esse mecanismo implicaria que os elétrons deveriam eventualmente desaparecer.

Para conciliar a existência dessa solução de energia negativa com as observações experimentais, Dirac propôs a chamada Teoria do Buraco. De acordo com ela, o vácuo seria um estado quântico de várias partículas, no qual todos os estados possíveis para elétrons com energia negativa já estariam ocupados, formando o que hoje chamamos de Mar de Dirac. Pelo Princípio da Exclusão de Pauli, se tentássemos adicionar mais um elétron ao sistema, ele seria obrigado a ocupar um estado com energia positiva e impedido de decair em estados com energia negativa. Por outro lado, se excitássemos o vácuo, por exemplo fornecendo energia a um desses elétrons com energia negativa de forma a promovê-lo a um estado com energia positiva, ele deixaria um buraco no Mar de Dirac que se comportaria exatamente como o elétron, mas com carga positiva. 

Dirac pensou inicialmente que esse buraco poderia ser identificado com o próton. Contudo, o físico alemão Hermann Weyl notou que esse buraco deveria ter exatamente a mesma massa que o elétron, que é aproximadamente 1800 vezes mais leve que o próton. Eventualmente, o buraco (do elétron) foi denominado pósitron e observado experimentalmente em 1932, pelo físico estadunidense Carl Anderson. Atualmente, nossas teorias e observações experimentais apontam que todas as partículas possuem uma antipartícula associada com a mesma massa e cargas (por exemplo, a elétrica) opostas.

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Referências

[1] Schuster, A. (1898). "Potential Matter – A Holiday Dream". Nature. 58 (1503): 367. Bibcode:1898Natur..58..367S. doi:10.1038/058367a0. S2CID 4046342

[2] Dirac, P. A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society A. 117 (778): 610–624. Bibcode:1928RSPSA.117..610D. doi:10.1098/rspa.1928.0023. JSTOR 94981.

[3] Dirac, Paul A.M. (1982) [1958]. Principles of Quantum Mechanics. International Series of Monographs on Physics (4th ed.). Oxford University Press. p. 255. ISBN 978-0-19-852011-5.

[4]  Penrose, Roger (2004). The Road to Reality. Jonathan Cape. p. 625. ISBN 0-224-04447-8.

[5] Anderson, Carl (1933). "The Positive Electron". Physical Review. 43 (6): 491. Bibcode:1933PhRv...43..491A. doi:10.1103/PhysRev.43.491

[6] Streater, R. F., & Wightman, A. S. (1989). PCT, Spin and Statistics, and All That. Princeton University Press. http://www.jstor.org/stable/j.ctt1cx3vcq

Texto de Gabrielle Weber.