Apesar do fascínio da ficção científica pela antimatéria, a teoria de Einstein provou estar correta mais uma vez. Um experimento recente confirmou que a antigravidade não existe, acabando com as esperanças de usar a antimatéria para levitar objetos, construir máquinas de movimento perpétuo ou impulsionar motores de dobra.

A antimatéria existe de fato, com partículas que espelham a matéria comum, mas com cargas elétricas invertidas. Um antipróton se assemelha a um próton, mas tem carga negativa, enquanto um pósitron age como um elétron, mas tem carga positiva.

Quando a antimatéria encontra a matéria, sua colisão explosiva converte sua massa combinada inteiramente em energia. Embora a antimatéria possa não possibilitar a antigravidade da ficção científica, ela continua sendo uma parte profundamente importante do nosso mundo físico.

Agora temos o conhecimento de que a matéria e a antimatéria são atraídas uma pela outra pela força da gravidade, ao invés de serem repelidas, como se pensava anteriormente. O físico Albert Einstein já havia previsto essa fenomenal descoberta em sua teoria da relatividade geral, muitos anos antes da detecção do primeiro pósitron.

A equipe liderada pela física Emma Anderson, da Universidade de Aarhus, junto com seus colegas do ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), acaba de confirmar essa teoria através da observação de átomos de anti-hidrogênio, que consistem em um único antielétron orbitando um antipróton, enquanto caem sob a influência da atração gravitacional exercida pela Terra.

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Adeus antigravidade

Resumidamente, Anderson e sua equipe conduziram um experimento no qual lançaram átomos de anti-hidrogênio em um tubo, observando sua queda devido à influência da gravidade. Esse procedimento, embora aparentemente simples, representa a confirmação de uma previsão feita por Einstein há muito tempo, mas que nunca havia sido testada anteriormente.

Até então, pairava a incerteza quanto à possibilidade de a antimatéria não responder à gravidade terrestre ou mesmo de que matéria e antimatéria pudessem se repelir mutuamente, criando uma espécie de efeito antigravitacional.

A produção de anti-hidrogênio requer a combinação de pósitrons e antiprótons. Os antiprótons são gerados a partir de colisões de partículas de alta energia e depois desacelerados no dispositivo conhecido como desacelerador de antiprótons no CERN, que também é o lar do Grande Colisor de Hádrons. Já os pósitrons são obtidos por meio do decaimento radioativo de elementos químicos específicos, como o potássio.

Lidar com antimatéria apresenta o desafio de trabalhar com algo que desaparece instantaneamente ao entrar em contato com um átomo de matéria comum. Para superar essa dificuldade, a equipe utilizou um ímã de oito polos para manter os átomos de anti-hidrogênio em movimento ao longo das linhas do campo magnético, afastando-os das superfícies do recipiente onde poderiam colidir e ser destruídos.

Aqueles antiátomos com energia suficiente, ou seja, os que se moviam a uma velocidade adequada, poderiam ainda escapar, enquanto os mais lentos permaneceriam retidos dentro do campo magnético.

Quando os cientistas giraram verticalmente o recipiente que continha a antimatéria capturada, observaram um fenômeno intrigante: os átomos que se deslocavam para baixo ao longo das linhas do campo magnético aceleravam devido à atração adicional exercida pela gravidade.

Enquanto isso, os átomos que se moviam para cima diminuíam sua velocidade, também devido à influência da gravidade que os puxava em direção à Terra.

Vale ressaltar que Anderson e sua equipe não puderam observar diretamente o comportamento dos antiátomos, no entanto, seus instrumentos registraram minúsculos flashes de energia toda vez que um átomo de anti-hidrogênio, sob o efeito da gravidade, adquiria velocidade suficiente para atravessar o campo magnético na parte inferior do recipiente e escapar.

Esse processo resultava na aniquilação do próprio antiátomo e de um infeliz átomo de matéria comum que estivesse em seu caminho.

“Para fazer o experimento, na verdade, você está apenas diminuindo a corrente que cria o campo magnético”, disse Hangst ao portal Inverse. “Você tem uma nuvem de [átomos de anti-hidrogênio] saltando, e você os deixa ir.”

Nesse cenário, aproximadamente 80% dos átomos de anti-hidrogênio seguiram uma trajetória em direção à Terra, enquanto o restante, cerca de 20%, ainda mantinha velocidade suficiente para continuar ascendendo. Esse resultado assemelha-se ao que se esperaria de um pequeno agrupamento de átomos de hidrogênio comuns movendo-se em um campo magnético.

Essa constatação sugere que tanto a matéria quanto a antimatéria respondem à atração gravitacional da Terra de maneira equivalente.

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Em outras palavras, o experimento corroborou a ideia de que a gravidade atua como uma força de atração entre matéria e antimatéria, e não como uma força de repulsão. Isso significa que a matéria e a antimatéria são mutuamente atraídas, tal como ocorre com todas as outras massas no universo, independentemente de suas características peculiares.

“Se você andar pelos corredores do departamento e perguntar aos físicos, todos eles dirão que esse resultado não é nem um pouco surpreendente, mas a maioria deles também dirá que o experimento teve que ser feito porque nunca se pode ter certeza”, diz o físico Jonathan Wurtele, da Universidade da Califórnia em Berkeley, coautor do estudo, em uma declaração recente.

“Você não quer ser o tipo de pessoa estúpida que deixa de fazer um experimento que explora uma física possivelmente nova porque achava que sabia a resposta e, no final, ela acaba sendo diferente.”

Onde se encontra toda a antimatéria?

Embora não tenhamos a capacidade de utilizar a antimatéria para criar levitação ou alimentar uma máquina de movimento perpétuo, também não podemos atribuir à antigravidade a expulsão completa da antimatéria do universo que observamos ao nosso redor. Essa teria sido uma explicação conveniente para a única previsão de Einstein que a antimatéria claramente não parece seguir.

De acordo com a teoria da relatividade geral, a antimatéria e a matéria deveriam coexistir em quantidades equivalentes. No entanto, quase não encontramos antimatéria no universo, pelo menos não em qualquer região observável e mensurável. Isso suscita questões cruciais, como a intrigante incógnita de para onde toda essa antimatéria teria desaparecido.

Uma das teorias sugeridas foi que logo após o Big Bang, a matéria e a antimatéria se repeliram com força, separando-se completamente, com exceção de algumas partículas minúsculas e dispersas. No entanto, a pesquisa realizada por Anderson e sua equipe refuta essa hipótese, deixando os físicos diante de outro enigma significativo a ser desvendado.

O que está por vir

Ao variar a intensidade do campo magnético, e consequentemente, alterar a velocidade necessária para que os antiátomos pudessem atravessá-lo e escapar, Anderson e sua equipe conseguiram quantificar o grau de aceleração experimentado pela antimatéria devido à atração gravitacional.

O resultado obtido foi de cerca de 32 pés por segundo ao quadrado, o que se aproxima da aceleração que a gravidade terrestre provoca em objetos de matéria comum quando caem.

Uma das próximas etapas do estudo envolverá uma medição ainda mais precisa para confirmar que não há diferenças significativas na aceleração da antimatéria à medida que ela cai, demonstrando que ela responde à atração gravitacional da mesma maneira que a matéria convencional, nem mais nem menos.

No entanto, por enquanto, Anderson e sua equipe estão direcionando seus esforços para investigar como a antimatéria interage com a radiação. De acordo com as previsões de Einstein, o anti-hidrogênio deve absorver, emitir e refletir o mesmo espectro de luz que o hidrogênio comum.

Portanto, nos próximos anos, Anderson e seus colegas dedicarão seus estudos a submeter a antimatéria a lasers e micro-ondas para desvendar esse intrigante aspecto.