Em 1971, o astronauta David Scott estava na superfície lunar, segurando um martelo e uma penae no vácuo de a luaele os deixou ir. Eles atingiram a poeira cinzenta exatamente ao mesmo tempo. Foi um aceno poético a Galileu, que, séculos antes, refutou a noção aristotélica de que os objetos pesados “querem” estar no chão mais do que os leves.
Este não foi apenas um truque de salão para as câmeras; foi uma demonstração do princípio da equivalência fraca, que é a base da ggeralmente Relatividade. Afirma que todos os objetos, independentemente da sua massa ou composição interna, caem exatamente à mesma taxa num campo gravitacional. Quando Einstein estava construindo sua teoria-obra-prima, ele não tentou explicar por que isso acontece. Ele simplesmente assumiu que era uma regra fundamental e seguiu em frente.
Para compreender o fascínio da queda da antimatéria, temos de olhar para a história da sua descoberta. Na década de 1920, o físico Paul Dirac estava tentando forçar dois mundos muito diferentes – a mecânica quântica (as regras do muito pequeno) e a mecânica quântica. especial Relatividade (as regras do muito rápido) — para jogarmos juntos.
Dirac encontrou uma equação que funcionava, mas tinha uma peculiaridade. Assim como a raiz quadrada de 4 pode ser 2 e -2, sua equação oferecia duas soluções para a energia de uma partícula: uma positiva e outra negativa. Isso foi um problema. A energia positiva tem um “térreo” em zero, mas a energia negativa é o porão de um porão sem fundo.
A solução de Dirac foi o que ficou conhecido como “mar de Dirac”. Ele imaginou o espaço sideral não como um vácuo vazio, mas como um “oceano” cheio de estados de energia negativa. Se você chutar uma dessas partículas invisíveis para o reino positivo, deixará um buraco. Esse buraco se comporta como uma partícula normal, mas com carga oposta. Foi a primeira vez que uma partícula foi prevista pela matemática pura antes de ser vista em laboratório. Chamamos isso de antimatéria.
Por que focar na antimatéria para testar gravidade? Porque a antimatéria é a ponte para a maior divisão da física. A relatividade geral (gravidade) e a mecânica quântica (todo o resto) notoriamente não se dão bem. Eles falam línguas diferentes e vivem em bairros diferentes. Como a antimatéria é um produto puro do mundo quântico, é a candidata perfeita para testar a teoria da gravidade de Einstein.
No entanto, isto é um pesadelo, por três razões:
- Quando matéria e antimatéria se tocam, elas se aniquilam em um lampejo de pura energia.
- A natureza não nos entrega apenas antimatéria; temos que construí-lo em laboratórios avançados.
- Comparado com a força eletromagnética, a gravidade é incrivelmente fraca.
Para superar estes obstáculos, os cientistas da experiência ALPHA-g do CERN tiveram que ser criativos. Primeiro, eles produziram anti-hidrogênio neutro emparelhando antiprótons com pósitrons (anti-elétrons). Como esses antiátomos são neutros, eles não são movidos pela eletricidade.
A equipe capturou cerca de cem desses antiátomos em uma armadilha de Penning, que é uma garrafa magnética que os mantém no lugar porque, embora neutros, eles ainda agem como pequenas barras magnéticas. Depois, usando lasers, os pesquisadores resfriaram o átomos perto do zero absoluto para impedi-los de balançar.
Então chegou o momento da verdade: eles diminuíram lentamente o campo magnético.
Se a antimatéria ignorasse o princípio da equivalência fraca, os átomos poderiam ter flutuado para cima, repelidos pela Terra. Se Einstein estivesse certo, eles deveriam cair. Os pesquisadores esperaram pelo clarão da aniquilação enquanto os antiátomos escapavam da armadilha e atingiam as paredes do recipiente. Depois que eles filtraram o barulho dos perdidos raios cósmicoso resultados foram claros: cerca de 80% dos antiátomos caíram no fundo da armadilha.
A antimatéria cai. É um anti-climático (ha ha) resultado da melhor maneira possível. Significa que o princípio da equivalência fraca se mantém firme e que a visão de Einstein de uma resposta gravitacional universal permanece imaculada.
No entanto, o caso não está totalmente encerrado. Embora saibamos que a antimatéria cai abaixoainda não sabemos se cai exatamente na mesma aceleração como acontece com a matéria normal. Se houver uma diferença de pelo menos 1% na velocidade da queda, isso sinalizaria uma revolução total na física – um sinal de que a gravidade trata a matéria do espelho de forma diferente. Mas, por enquanto, o universo continua sendo um lugar onde martelos, penas e anti-hidrogênio correm para o chão na mesma velocidade.
