Os elétrons e os prótons contêm a mesma quantidade de carga. Mas os elétrons são negativos e os prótons são positivos.
Será que o contrário não existe, ou seja, elétrons positivos e prótons negativos?
Existe! Isso se chama "antimatéria": a antipartícula é irmã gêmea da partícula, mas tem carga oposta!
A antimatéria foi prevista pelo físico inglês Paul Dirac (1902 - 1984). Essa previsão aconteceu em 1931, quando, ao resolver uma certa equação, ele encontrou duas possibilidades para o sinal da energia das partículas. A energia positiva corresponderia à matéria normal: elétrons e prótons tais como os conhecemos; a energia negativa corresponderia à antimatéria: elétrons positivos e prótons negativos.
O elétron normal (negativo) era conhecido desde o final do século anterior, e jamais um elétron positivo havia sido observado.
Dirac também previu que matéria e antimatéria, ao se encontrarem, seriam aniquiladas, transformando-se em energia (ondas eletromagnéticas).
O elétron positivo foi descoberto um ano depois pelo físico norte-americano Carl Anderson (1905-1984), e recebeu o nome de pósitron. O comportamento previsto por Dirac confirmou-se: elétron e pósitron aniquilam-se, convertendo suas massas em energia de acordo com a fórmula do físico alemão Albert Einstein (1879 - 1954): E = mc2, onde E é energia, m é massa, e c é a velocidade da luz.
Diferentemente do pósitron, que embora raro é encontrado na natureza, as outras antipartículas observadas foram produzidas em laboratório. Em 1957 produziram-se antiprótons, e recentemente, em 1995, conseguiram-se obter antiátomos de hidrogênio: um antipróton no centro e um pósitron na eletrosfera (esses antiátomos duraram apenas 40 bilionésimos de segundo: chocaram-se com átomos normais e aniquilaram-se).
O processo inverso também existe: em circunstâncias especiais, ondas eletromagnéticas transformam-se em partícula e antipartícula (elétron e pósitron). Nessas ocasiões criam-se, além das massas de cada constituinte do par, suas respectivas cargas: uma positiva e outra negativa, as duas de igual intensidade.
É muito importante observar que a quantidade total de carga não se altera, tanto no processo de aniquilamento quanto no processo de produção de pares: a soma total era zero antes e continua sendo zero depois. Nunca, em circunstância nenhuma, se observou a criação (ou o desaparecimento) de uma carga isolada. Esse fato é chamado de "Lei de Conservação da Carga".
A antimatéria é muitíssimo rara. Se existisse em mesma quantidade que a matéria normal, não estaríamos aqui para contar a história, porque tudo já teria sido aniquilado e virado energia. Até agora não se encontrou a explicação para essa assimetria.
PÓSITRONS NA MEDICINA
O uso de anti-matéria na Medicina parece ficção científica, mas a verdade é que a "Tomografia por Emissão de Pósitrons" já vem sendo usada há algum tempo com ótimos resultados.
Trata-se de uma técnica de imageamento (produção de imagens) capaz de acompanhar algumas reações químicas que acontecem no organismo normal ou doente.
É possível estudar pacientes com doenças psiquiátricas como depressão e ansiedade, vários tipos de câncer, e também localizar as áreas cerebrais relacionadas à visão, atenção, linguagem e memória.
Isso é feito por meio de substâncias químicas que são incorporadas pelo organismo, como a glucose (que vai para o cérebro) e hormônios ou anticorpos (que vão para as regiões com câncer). Essas substâncias devem conter algum elemento emissor de pósitrons (existem vários), a fim de que os raios gama provenientes da sua aniquilação possam ser detectados por aparelhos.
Sabendo-se de onde estão vindo esses raios gama, pode-se saber onde está situado o tumor, seu tamanho e grau de espalhamento pelo corpo; no caso de doença emocional, é possível localizar a parte do cérebro onde se origina o problema. Nas pesquisas com indivíduos normais, pode ser determinada a região responsável pela execução de tarefas como a leitura, a fala, a escrita, etc.
Essa técnica é importante porque não oferece nenhum risco, já que a dose de radiação recebida é muito baixa. Além disso, algumas cirurgias perigosas podem ser evitadas.
MASSA E CARGA DE PRÓTONS E ELÉTRONS
É importante saber a quantidade de massa e de carga que prótons e elétrons possuem quando se quer planejar experiências, ou construir certos aparelhos, ou mesmo para que se possa ter uma idéia mais exata sobre a natureza.
No Sistema Internacional a unidade de massa é o quilograma (kg), e a unidade de carga é o coulomb (C). Sabemos que as partículas elementares, como os elétrons e os prótons, são muitíssimo pequenas; então é razoável supor que contenham muito pouca massa e muito pouca carga.
Já que essas duas partículas possuem a mesma quantidade de carga, o número é o mesmo: 16 × 10 - 20 C. Que significa isso?
Significa uma multiplicação entre o número 16 e um outro número que está representado por 10 - 20 e nada mais é do que:
0,00000000000000000001
ou seja, o número 1 com 20 zeros à esquerda.
Então, fazendo a multiplicação de 16 pelo número acima temos:
0,00000000000000000016
Para não se ter que colocar tantos zeros (e correr o risco de errar), usa-se a "notação científica": 16 × 10 - 20, que significa a mesma coisa, mas ocupa menos espaço, e é mais fácil de escrever.
Com relação às massas, o elétron possui 911× 10 - 33 kg e o próton 167×10 - 29 kg. A maneira de interpretar essas quantidades é a mesma indicada acima. Vemos que são números muitíssimo pequenos. Fazendo algumas contas chegamos ao resultado de que o próton tem 1833 mais massa do que o elétron.