L’antimateria è attratta dalla gravità come la materia normale

Esperimenti condotti dalla collaborazione Antiidrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) presso il Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN) di Ginevra hanno dimostrato che le particelle di antiidrogeno vengono attratte verso il basso dalla gravità e non levitano.

L’antiidrogeno è la particella di antimateria più semplice che sappiamo esista. L’opposto dell’idrogeno contiene componenti di antimateria come un antiprotone, un protone carico negativamente, e un positrone, un elettrone carico positivamente.

Si ritiene che sia la materia che l’antimateria siano state create in quantità uguali durante il Big Bang che ha dato origine all’universo. Siccome l’antimateria sembra rara nel nostro uiverso, alcuni fisici ritenevano che questo dipenda dall’esistenza di una specie di gravità di segno opposto che attira a sé tutta l’antimateria. Gli esperimenti condotti dal gruppo ALPHA, però, hanno messo fine a questa linea di pensiero poiché è stato chiarito che la gravità agisce sull’antimateria nello stesso modo che con la materia.

L’antimateria subisce l’effetto della gravità?

Il modo più semplice per conoscere la risposta a questa domanda è rilasciare l’antimateria e vedere in che direzione va. Sebbene questo sia ovviamente il modo di procedere, la gravità, essendo una forza debole della natura, non ha un impatto significativo sull’antimateria rispetto ai punti elettrici.

I ricercatori della collaborazione ALPHA ritenevano che, poiché l’antiidrogeno non ha carica, non sarebbe stato influenzato dai campi elettrici e sarebbe stato un candidato ideale per una verifica attraverso uno strumento a caduta per gravità.

Poiché il team ALPHA è stato in grado di generare atomi di antiidrogeno, nel 2016 ha iniziato la costruzione di ALPHA-g, dove è stato possibile misurare l’impatto della gravità. Poiché gli acceleratori del CERN producono particelle di antimateria che si muovono a velocità vicine a quella della luce, i ricercatori hanno dovuto prima rallentarle.

Ciò è stato fatto mandandole lungo ad un anello, che drenava la loro energia. Quando il ritmo delle particelle diventava più gestibile, venivano inviate in un magnete gigante dove potevano essere intrappolate. Il rilascio del campo magnetico permetteva il rilascio delle particelle di antiidrogeno e, a questo punto, sono stati usati speciali sensori per vedere se levitavano verso l’alto o cadevano verso il basso.

L’esperimento

Il magnete utilizzato in ALPHA-g somiglia a una bottiglia e non è più lungo di 25 cm. Potrebbe contenere solo atomi di antiidrogeno con temperature inferiori a mezzo grado Kelvin sopra lo zero assoluto (0,5 Kelvin, -458 Fahrenheit, -272o Celsius).

L'antimateria attratta dalla gravità lo trovano gli scienziati del CERN
Ricercatori che conducono l’esperimento ALPHA-g al CERN – Joel Fajans, UC Berkeley

Anche a queste basse temperature, gli atomi di antiidrogeno si muovevano a velocità medie di 100 metri al secondo e rimbalzavano sui campi magnetici all’interno del magnete. Gli atomi di antimateria rimanevano all’interno del magnete a forma di bottiglia poiché i campi magnetici su entrambe le estremità erano bilanciati.

Tuttavia, quando il magnete è posizionato verticalmente, gli atomi possono cadere a causa della gravità o levitare verso l’alto. Le particelle accelerate dalla gravità possono sfuggire al campo magnetico e colpire il contenitore della bottiglia, producendo un lampo di luce mentre interagiscono con la materia. Il campo magnetico è stato infine ridotto per consentire a tutti gli atomi di antimateria di fuoriuscire e i sensori hanno misurato se lo hanno fatto dal fondo o dalla parte superiore del contenitore a forma di bottiglia.

Attraverso esperimenti condotti nell’estate e nell’autunno dello scorso anno, i ricercatori hanno scoperto che l’accelerazione gravitazionale dell’antimateria era 9,8 metri al secondo, che è all’interno di una deviazione standard di come agisce la gravità sulla materia.

Per gli esperimenti futuri, i ricercatori vogliono migliorare la precisione di queste misurazioni.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature.

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