No que diz respeito à gravidade, tanto a matéria como o seu “reflexo” gêmeo com carga invertida, a antimatéria, merecem um grande e caloroso abraço.

Um experimento recente da colaboração internacional Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) alcançou a primeira medição direta de antimatéria em queda livre.

Se os resultados tivessem sido diferentes, poderíamos finalmente ter tido a nossa primeira pista sólida sobre para onde foi metade do Universo há cerca de 13,4 bilhões de anos.

A antimatéria é a sombra quântica do tipo familiar de matéria que constitui os objetos em nossa vida cotidiana.

Inverta a carga (e algumas outras características mais sutis) de um elétron e você obtém uma partícula igualmente pequena, mas com carga positiva, chamada pósitron.

Construa um próton a partir de antiquarks e você obterá um equivalente negativo chamado antipróton.

E se você juntar os dois? Você obtém um átomo de anti-hidrogênio, com uma partícula positiva orbitando um núcleo negativo.

O Universo não é tímido em criar partículas de antimatéria, pelo menos não mais do que em criar matéria. Mas junte os dois e seus sabores opostos serão rapidamente anulados, deixando nada além de uma bolha de raios gama em rápida expansão para sugerir que eles alguma vez sequer existiram.

Este fato contundente da contabilidade cósmica representa um mistério – por que temos um Universo cheio de estrelas de matéria, planetas de matéria e galáxias de matéria, se uma quantidade equivalente de antimatéria apareceu na fornalha furiosa do Big Bang imediatamente apenas para depois a cancelar?

Embora alguns físicos tenham questionado as premissas de criação e cancelamento de antimatéria, outros desafiaram as suposições sobre os comportamentos fundamentais do gêmeo refletido.

Por exemplo, se os pósitrons fossem empurrados pela gravidade em vez de puxados, os dois tipos de matéria poderiam ter sido divididos no início da criação do Universo.

É uma ideia interessante, mesmo que não seja um conceito apoiado pela teoria.

“Se o anti-hidrogênio fosse de alguma forma diferente do hidrogênio, isso seria algo revolucionário porque as leis físicas, tanto na mecânica quântica quanto na gravidade, dizem que o comportamento deveria ser o mesmo”, diz Jonathan Wurtele, físico de plasma da Universidade da Califórnia em Berkeley e membro da colaboração ALPHA.

“No entanto, não se sabe disso até que se faça o experimento.”

Conduzir tal experimento é mais fácil de falar do que fazer.

Temos comparado a influência da gravidade em diferentes tipos de matéria sob o que é conhecido como princípio da equivalência fraca, muito antes de Galileu supostamente lançar balas de canhão do topo da torre de Pisa.

Deixar cair uma massa feita de antimatéria é um jogo totalmente diferente.

Por um lado, embora possamos sintetizá-la utilizando um colisor de partículas, apenas alguns nanogramas de antiprótons e pósitrons foram produzidos em toda a história.

Retardar a antimatéria, armazená-la e transportar as antipartículas para experimentação é o segundo problema.

Talvez o maior obstáculo, porém, seja a incrível fraqueza da própria gravidade em comparação com o incrível poder do eletromagnetismo. A força da gravidade sobre um único próton na superfície da Terra é igual a um campo elétrico de apenas 0,000001 volts por metro quadrado.

Os campos magnéticos são ainda mais desastrosos, exigindo que os experimentalistas pensem bem fora da caixa ao conceber formas de ver se um objeto de antimatéria cai como um objeto feito de matéria.

Em 2022, os pesquisadores encontraram evidências indiretas de que os dois respondiam à gravidade da mesma forma. Ao fazer correr os dois tipos de matéria em torno de uma armadilha ao longo de 18 meses, não encontraram nenhum sinal de que a gravidade estivesse a ter um efeito diferente sobre a antimatéria.

Para levar a experimentação um passo adiante, a ALPHA desenvolveu uma câmara de vácuo vertical com campos magnéticos ajustáveis ​​e partículas de anti-hidrogênio “deixadas” em seu centro.

“Em termos gerais, estamos produzindo antimatéria e fazendo um experimento do tipo Torre Inclinada de Pisa”, diz Wurtele.

Ao variar os campos magnéticos de forma controlada, os investigadores puderam cancelar os seus efeitos, deixando a força da gravidade influenciar mais partículas a cair em direção à Terra do que a acelerar em direção ao céu.

A experiência significa que podemos deixar de lado as sugestões de que a gravidade retirou a antimatéria das cinzas do Big Bang, pelo menos por enquanto.

No entanto, ainda existe uma pequena possibilidade de que a gravidade ame um dos gêmeos da matéria um pouco mais do que o outro. Se isso acontecer, ainda poderá explicar por que herdamos um Universo inteiro.

Esta pesquisa foi publicada na Nature.

Por Mike McRae
Publicado no ScienceAlert