Matéria e antimatéria: ambas caem, certo?

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Foto: CERN

Publicado na Symmetry Magazine

Tudo o que sobe desce, diz o ditado. Mas as coisas podem funcionar um pouco diferente com a antimatéria.

Um experimento no CERN tem dado o primeiro passo na investigação de como a antimatéria interage com a gravidade.

Segundo as teorias padrões, as propriedades gravitacionais das partículas de antimatéria deveriam imitar as das partículas de matéria. Se verificarmos que existe uma diferença, será um sinal de uma nova física.

Até o momento, ninguém foi capaz de testar diretamente como a antimatéria interage com a gravidade, mas o experimento ALPHA começou a tentar.

“Foi meio por acaso”, diz Joel Fajans, membro do experimento ALPHA e professor da Universidade da Califórnia, em Berkeley. “Nós não tínhamos a intenção  de investigar a gravidade, mas a percebemos nos dados que coletamos usando átomos de anti-hidrogênio que podem ser sensíveis a gravidade”. Embora a sensibilidade do experimento atual não seja alta o bastante para a equipe perceber um efeito inequívoco, este é o primeiro passo para estudos mais precisos.

O objetivo principal do experimento ALPHA é capturar e estudar átomos de anti-hidrogênio, os parceiros de antimatéria dos átomos de hidrogênio. Os átomos de anti-hidrogênio são mantidos dentro de um tubo através de forças magnéticas. Físicos do experimento ALPHA capturaram mais de 500 antiátomos desde 2010. Eles os mantém aprisionados por até aproximadamente 16 minutos. Quando desligam seus ímãs, os antiátomos se evadem. Um detector extremamente sensível rastreia os antiátomos e registra onde eles entram em contato com a matéria e se aniquilam.

Uma antipartícula afetada pela gravidade da mesma forma que a matéria comum se evadiria pela parte inferior do tubo. Se há algo mais em jogo, ela poderia sair pela parte superior.

“Desde que a antimatéria foi descoberta, as pessoas têm especulado que a antimatéria pode ter diferentes propriedades gravitacionais em relação a matéria”, diz Fajans.

Esta diferença, rotulada de antigravidade, poderia ser qualquer coisa, desde um leve desvio em relação a como a matéria interage com a gravidade (ou seja, a antimatéria também cai, mas num ritmo mais lento) até uma repulsa igual e oposta a atração da gravidade.

“Uma pequena diferença na resposta gravitacional da antimatéria é muito mais plausível teoricamente, mas qualquer diferença exigiria uma reavaliação de nossas teorias atuais”, diz Jay Tasson, físico teórico e professor na Carleton College. “Isso abalaria nossa compreensão da Relatividade Geral e do Modelo Padrão”.

O efeito da gravidade sobre a antimatéria poderia também explicar um antigo mistério do nosso universo, por que há muito mais matéria do que antimatéria? Se a gravidade, ou outra versão da gravidade, faz com que a antimatéria se comporte diferente da matéria comum, isso pode ser um elo perdido na nossa compreensão desse desequilíbrio cósmico.

Fajans prevê que o experimento ALPHA pode ser capaz de responder a esta questão nos próximos quatro anos. Outros dois experimentos no CERN, nomeados de AEGIS e GBAR, também estão sendo construídos com o objetivo principal de investigar a gravidade e a antimatéria, e devem produzir respostas muito mais precisas.

“Todas as evidências atuais sugerem que tudo é entediante e normal”, diz Fajans. “Mas há questões irritantes que as nossas atuais teorias fundamentais não respondem”.

Um artigo foi publicado hoje na Nature descrevendo a primeira análise direta de como a antimatéria afeta a gravidade. Isto permitiu os físicos do experimento estabelecerem limites para chegaram a conclusões em testes futuros.

“Demos os primeiros passos em direção a um teste experimental das questões que os físicos têm levantado por mais de 50 anos”, diz Fajans. O experimento voltará em 2014, com sua captura de antimatéria atualizada, que será chamada de ALPHA-2.

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