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O trabalho histórico de Isaac Newton sobre a gravidade foi aparentemente inspirado na observação de uma maçã caindo de uma árvore no chão. Mas e uma “antimaçã” feita de antimatéria , ela cairia da mesma forma se existisse? De acordo com a muito testada teoria da relatividade geral de Albert Einstein, a moderna teoria da gravidade, a antimatéria e a matéria deveriam cair na Terra da mesma maneira. Mas será que isso acontece ou existem outras forças de longo alcance além da gravidade que afetam a sua queda livre?

Num artigo publicado hoje na Nature , a colaboração ALPHA na Fábrica de Antimatéria do CERN mostra que, dentro da precisão da sua experiência, átomos de anti-hidrogénio – um pósitron orbitando um antipróton – caem na Terra da mesma forma que os seus equivalentes de matéria.

“Na física, você realmente não sabe algo até observá-lo”, diz o porta-voz da ALPHA, Jeffrey Hangst. “Este é o primeiro experimento direto a realmente observar um efeito gravitacional no movimento da antimatéria. É um marco no estudo da antimatéria, que ainda nos confunde devido à sua aparente ausência no Universo.”

A gravidade é a força atrativa entre quaisquer dois objetos com massa. É de longe a mais fraca das quatro forças fundamentais da natureza. Os átomos de anti-hidrogênio são partículas de antimatéria eletricamente neutras e estáveis. Essas propriedades os tornam sistemas ideais para estudar o comportamento gravitacional da antimatéria.

A colaboração ALPHA cria átomos de anti-hidrogénio pegando antiprótons com carga negativa, produzidos e desacelerados nas máquinas AD e ELENA da Fábrica de Antimatéria, e ligando-os a pósitrons carregados positivamente acumulados de uma fonte de sódio-22. Em seguida, confina os átomos de antimatéria neutros – mas ligeiramente magnéticos – em uma armadilha magnética, que os impede de entrar em contato com a matéria e se aniquilar.

Até agora, a equipa concentrou-se em estudos espectroscópicos no dispositivo ALPHA-2, lançando luz laser ou microondas sobre os átomos de anti-hidrogénio para medir a sua estrutura interna. Mas a equipe ALPHA também construiu um aparelho vertical chamado ALPHA-g, que recebeu seus primeiros antiprótons em 2018 e foi comissionado em 2021. O ‘g’ denota a aceleração local da gravidade, que, para a matéria, é de cerca de 9,81 metros por segundo. ao quadrado. Este aparelho permite medir as posições verticais em que os átomos de anti-hidrogênio se aniquilam com a matéria quando o campo magnético da armadilha é desligado, permitindo a fuga dos átomos.

Isto é exactamente o que os investigadores da ALPHA fizeram na sua nova investigação, na sequência de uma experiência de prova de princípio com a configuração original da ALPHA, realizada em 2013 .. Eles prenderam grupos de cerca de 100 átomos de anti-hidrogênio, um grupo de cada vez, e então liberaram lentamente os átomos durante um período de 20 segundos, diminuindo gradualmente a corrente nos ímãs superior e inferior da armadilha. Simulações computacionais da configuração ALPHA-g indicam que, para a matéria, esta operação resultaria em cerca de 20% dos átomos saindo pela parte superior da armadilha e 80% pela parte inferior, uma diferença causada pela força descendente da gravidade. . Fazendo a média dos resultados de sete testes de liberação, a equipe ALPHA descobriu que as frações de antiátomos que saíam pela parte superior e inferior estavam alinhadas com os resultados das simulações.

O estudo completo envolveu a repetição do experimento várias vezes para diferentes valores de um campo magnético de “polarização” adicional, que poderia aumentar ou neutralizar a força da gravidade. Ao analisar os dados desta “varredura de polarização”, a equipe descobriu que, dentro da precisão do experimento atual (cerca de 20% de g ), a aceleração de um átomo de anti-hidrogênio é consistente com a familiar força gravitacional atrativa entre a matéria e o Terra.

FONTES:

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#ANTIMATTER #GRAVITY #EINSTEIN

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