La materia è soggetta all'attrazione gravitazionale. La teoria della relatività generale di Einstein aveva previsto che anche l'antimateria dovesse cadere sulla Terra allo stesso modo. Tuttavia, fino ad allora non esistevano prove sperimentali dirette a supporto di questa ipotesi. L'esperimento ALPHA del CERN è il primo esperimento ad aver osservato direttamente l'effetto della gravità sul moto dell'antimateria. I risultati hanno escluso l'ipotesi di un'antigravità repulsiva e hanno dimostrato che la gravità influenza materia e antimateria in modo simile. È stato osservato che gli atomi di anti-idrogeno (un positrone in orbita attorno a un antiprotone) cadono sulla Terra nello stesso modo degli atomi di idrogeno.
L'antimateria è composta da antiparticelle (positroni, antiprotoni e antineutroni sono antiparticelle di elettroni, protoni e neutroni). Materia e antimateria si annichilano completamente a vicenda quando entrano in contatto, rilasciando energia.
Nell'universo primordiale, il Big Bang ha creato materia e antimateria in quantità uguali . Tuttavia, oggi non troviamo antimateria in natura ( asimmetria materia-antimateria ). La materia è dominante. Di conseguenza, la comprensione delle proprietà e del comportamento dell'antimateria è incompleta. Per quanto riguarda l'effetto della gravità sul moto dell'antimateria, la teoria della relatività generale aveva previsto che anche l'antimateria dovesse essere influenzata in modo simile, ma non vi erano osservazioni sperimentali dirette a confermarlo. Alcuni avevano persino ipotizzato che, a differenza della materia (che è soggetta all'attrazione gravitazionale), l'antimateria potesse essere soggetta a una "antigravità" repulsiva, ipotesi che è stata esclusa dai risultati recentemente pubblicati dall'esperimento ALPHA del CERN.
Il primo passo è stato quello di creare antiatomi in laboratorio e controllarli per evitare che entrassero in contatto con la materia e si annichilassero. Può sembrare facile, ma ci sono voluti oltre trent'anni per riuscirci. I ricercatori hanno individuato negli atomi di anti-idrogeno il sistema ideale per studiare il comportamento gravitazionale dell'antimateria, poiché gli atomi di anti-idrogeno sono particelle di antimateria elettricamente neutre e stabili. Il team di ricerca ha preso antiprotoni caricati negativamente, prodotti in laboratorio, e li ha legati a positroni caricati positivamente provenienti da una sorgente di sodio-22 per creare atomi di anti-idrogeno, che sono stati successivamente confinati in una trappola magnetica per impedirne l'annichilazione con gli atomi di materia. La trappola magnetica è stata disattivata per consentire agli atomi di anti-idrogeno di fuoriuscire in modo controllato in un apparato verticale ALPHA-g, e sono state misurate le posizioni verticali in cui gli atomi di anti-idrogeno si annichilavano con la materia. I ricercatori hanno intrappolato gruppi di circa 100 atomi di anti-idrogeno. Hanno rilasciato lentamente gli antiatomi di un gruppo nell'arco di 20 secondi, riducendo la corrente nei magneti superiore e inferiore. Hanno scoperto che la proporzione di antiatomi presenti nella parte superiore e inferiore corrispondeva ai risultati ottenuti dalle simulazioni per gli atomi. Si è anche scoperto che l'accelerazione di un atomo di anti-idrogeno era coerente con la ben nota accelerazione dovuta alla gravità tra la materia e la Terra, suggerendo che l'antimateria è soggetta alla stessa attrazione gravitazionale della materia e non ad alcuna "antigravità" repulsiva.
Questa scoperta rappresenta una pietra miliare nello studio del comportamento gravitazionale dell’antimateria.
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Fonti:
- CERN 2023. Notizie – L'esperimento ALPHA al CERN osserva l'influenza della gravità sull'antimateria. Pubblicato il 27 settembre 2023. Disponibile su https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Accesso effettuato il 27 settembre 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Osservazione dell'effetto della gravità sul moto dell'antimateria. Natura 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
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