Antimatéria não cai, revela experiência do CERN

Antimatéria não cai, revela experiência do CERN

Carimbo de data / hora: 27 de setembro de 2023 11:30

Cintilador de barril
Descendo: o cintilador de barril do ALPHA-g sendo montado no CERN. (Cortesia: CERN)

A antimatéria não “cai”, mas responde à atração gravitacional da Terra da mesma forma que a matéria normal. Essa é a conclusão dos físicos que trabalham no ALFA-g experimento no CERN, que fez a primeira observação direta de átomos de antimatéria em queda livre.

A experiência ajuda a descartar a ideia de que uma diferença nas suas respostas à gravidade seja de alguma forma responsável pelo facto de haver muito mais matéria do que antimatéria no universo visível. No entanto, a medição ainda deixa em aberto a possibilidade tentadora, mas muito improvável, de que a antimatéria e a matéria reajam de forma ligeiramente diferente à gravidade.

A antimatéria foi prevista pela primeira vez em 1928 e quatro anos depois as primeiras partículas de antimatéria – anti-elétrons, ou pósitrons – foram observadas em laboratório. As partículas de antimatéria parecem ser idênticas às suas contrapartes de matéria, mas com carga, paridade e tempo invertidos. Até agora, estudos de antipartículas sugerem que elas têm as mesmas massas que as suas contrapartes e que respondem à gravidade da mesma forma.

Banido da vista

Esta semelhança sugere que a antimatéria deveria ter sido produzida na mesma quantidade que a matéria durante o Big Bang. Isto vai contra o que sabemos sobre o universo visível, que parece conter muito mais matéria do que antimatéria. Como resultado, os físicos estão à procura de formas subtis pelas quais a antimatéria difere da matéria, porque encontrar tais diferenças poderia ajudar a explicar porque é que a matéria domina a antimatéria.

Medições indiretas do efeito da gravidade na antimatéria sugerem que a matéria e a antimatéria respondem da mesma maneira à gravidade. No entanto, as dificuldades de trabalhar com antimatéria significaram que não foi feita uma observação direta da antimatéria caindo livremente sob a gravidade da Terra.

Embora a antimatéria possa ser produzida em laboratório, ela será aniquilada ao entrar em contato com a matéria em um aparelho experimental. Portanto, é preciso ter muito cuidado para acumular antimatéria suficiente para fazer um experimento. Ao longo da última década, a equipa ALPHA do CERN aperfeiçoou o aprisionamento magnético da antimatéria sob alto vácuo para minimizar a aniquilação. Agora, eles criaram uma armadilha dentro de uma câmara de vácuo cilíndrica alta chamada ALPHA-g, que lhes permite observar se a antimatéria cai para baixo ou para cima.

A experiência deles envolve encher a câmara com átomos de anti-hidrogênio – cada um composto por um antipróton e um pósitron. Os pósitrons são coletados de uma fonte radioativa e os antiprótons são criados disparando prótons contra um alvo sólido. Ambos os tipos de antipartículas são cuidadosamente desacelerados e depois combinados para criar o anti-hidrogênio.

Escapando da armadilha

O experimento ALPHA-g começa com o anti-hidrogênio preso magneticamente no centro do cilindro. Em seguida, o campo de captura é reduzido, de modo que os antiátomos começam a escapar da armadilha. Esses fugitivos atingem as paredes da câmara, onde a aniquilação cria um flash de luz dentro de um detector de cintilação. A equipe observou cerca de 80% das aniquilações abaixo do centro da armadilha, sugerindo que os antiátomos caem sob a gravidade uma vez liberados da armadilha. Isto foi confirmado repetindo o experimento mais de uma dúzia de vezes. A equipe não observou 100% dos antiátomos se movendo para baixo porque o movimento térmico das partículas enviou alguns deles para cima e eles se aniquilaram antes que pudessem cair novamente – explica o porta-voz da ALPHA-g Jeffrey Hangst, que está na Universidade de Aarhus, na Dinamarca. Hangst disse Mundo da física que o experimento é consistente é com a queda do anti-hidrogênio.

No entanto, ALPHA-g descobriu que os antiátomos experimentaram uma aceleração devido à gravidade da Terra que é cerca de 0.75 daquela experimentada pela matéria normal. Embora esta medição tenha uma significância estatística baixa, oferece uma esperança tentadora de que os físicos poderão em breve descobrir uma diferença entre matéria e antimatéria que poderá apontar para uma nova física além do Modelo Padrão.

Costa Graham da Universidade de Swansea, no Reino Unido, conta Mundo da física que o resultado do ALPHA-g não deve ser interpretado como evidência de que a antimatéria responde de forma diferente da matéria no campo gravitacional da Terra.

“Qualquer medição [de uma discrepância] seria enormemente inesperada e provavelmente indicaria um novo tipo de força gravitacional, talvez um gravifóton, mas é difícil ver como isso poderia ter permanecido oculto de experimentos gravitacionais de precisão na matéria”, explica Shore. , que não esteve envolvido no experimento ALPHA-g.

No entanto, teremos que esperar por mais dados do experimento porque o ALPHA-g foi desmantelado e um experimento de espectroscopia foi colocado em seu lugar no CERN. Hangst e seus colegas estão atualmente corrigindo uma falha de projeto conhecida em um ímã no ALPHA-g e descobrindo como podem resfriar a laser os átomos de anti-hidrogênio para melhorar o desempenho do experimento.

A pesquisa é descrita em Natureza.

Carimbo de hora:

Mais de Mundo da física