É uma lei fundamental da física que até o mais ardente fobo da ciência pode definir:a matéria cai sob a gravidade. Mas e quanto à antimatéria, que tem a mesma massa, mas carga elétrica e spin opostas? De acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein, a gravidade deve tratar a matéria e a antimatéria de forma idêntica. Encontrar a menor diferença em sua taxa de queda livre levaria, portanto, a uma revolução em nosso entendimento. Embora a queda livre da matéria tenha sido medida com uma precisão de cerca de uma parte em 100 trilhões, nenhuma medida direta para a antimatéria foi realizada devido à dificuldade em produzir e conter grandes quantidades dela.

Em um artigo publicado recentemente na revista Nature Communications Physics , a colaboração da AEgIS no Antiproton Decelerator (AD) do CERN relata um marco importante em direção a esse objetivo. Usando novas técnicas desenvolvidas em 2018, a equipe demonstrou a produção pulsada de átomos de anti-hidrogênio, o que permite que o momento em que os anti-átomos são formados seja fixado com alta precisão.

"Esta é a primeira vez que a formação pulsada de anti-hidrogênio foi estabelecida em escalas de tempo que abrem a porta para a manipulação simultânea, por lasers ou campos externos, dos átomos formados, bem como a possibilidade de aplicar o mesmo método à formação pulsada de outros átomos antiprotônicos, "diz o porta-voz da AEgIS, Michael Doser, do CERN." Saber o momento da formação do anti-hidrogênio é uma ferramenta poderosa. "

O CERN é o único lugar no mundo onde o anti-hidrogênio pode ser produzido e estudado em detalhes. O anti-hidrogênio é um sistema ideal para testar a queda livre gravitacional e outras propriedades fundamentais da antimatéria, porque ela tem uma longa vida útil e é eletricamente neutra. A primeira produção de anti-hidrogênio de baixa energia, relatado em 2002 pelas colaborações ATHENA e ATRAP no AD, envolveu a recombinação de "três corpos" de nuvens de antiprótons e pósitrons. Desde então, progresso constante pela colaboração ALPHA da AD na produção, manipular e capturar quantidades cada vez maiores de anti-hidrogênio permitiu que as propriedades espectroscópicas e outras propriedades da antimatéria fossem determinadas em detalhes requintados.

Considerando que a recombinação de três corpos resulta em uma fonte quase contínua de anti-hidrogênio, em que não é possível marcar o tempo de formação do antiatoma, AEgIS empregou um processo alternativo de "troca de carga" pelo qual a formação de átomos de anti-hidrogênio é desencadeada por um pulso de laser preciso. Isso permite que o tempo em que 90% dos átomos são produzidos seja determinado com uma incerteza de cerca de 100 ns.

Várias outras etapas são necessárias antes que AEgIS possa medir a influência da gravidade na antimatéria, incluindo a formação de um feixe pulsado, maiores quantidades de anti-hidrogênio, e a capacidade de torná-lo mais frio. "Com apenas três meses de tempo de feixe este ano, e muitos novos equipamentos para comissionar, provavelmente 2022 será o ano em que estabeleceremos a formação de feixe pulsado, que é um pré-requisito para realizarmos uma medição de gravidade, "explica Doser.

Seguindo uma medição de prova de princípio pela colaboração ALPHA em 2013, ALFA, AEgIS e um terceiro experimento AD chamado GBAR estão todos planejando medir a queda livre de antiátomos no nível de 1% nos próximos anos. Cada um usa técnicas diferentes, e todos os três foram recentemente conectados ao novo síncrotron ELENA, que permite a produção de antiprótons de baixíssima energia.

Dado que a maior parte da massa dos antinúcleos vem da força forte que une os quarks, os físicos acham improvável que a antimatéria experimente uma força gravitacional oposta à matéria. No entanto, medições precisas da queda livre de anti-átomos poderiam revelar diferenças sutis que abririam uma importante rachadura em nosso entendimento atual.