Um dos fatos mais surpreendentes da ciência é o quão universais são as leis da natureza. Cada partícula obedece às mesmas regras, experimenta as mesmas forças, existe nas mesmas constantes fundamentais, independentemente de onde e quando estiver. Do ponto de vista da gravitação, cada partícula individual do Universo experimenta a mesma aceleração gravitacional ou a mesma curvatura do espaço-tempo, independentemente das propriedades que possua.
Em qualquer caso, decorre da teoria. Na prática, algumas coisas podem ser muito difíceis de medir. Os fótons e as partículas estáveis comuns caem igualmente, como esperado, em um campo gravitacional, e a Terra força qualquer partícula massiva a acelerar em direção ao seu centro a uma velocidade de 9,8 m / s2. Mas não importa o quanto tentemos, nunca fomos capazes de medir a aceleração gravitacional da antimatéria. Deve acelerar da mesma forma, mas até que o façamos, não podemos ter certeza. Uma das experiências visa encontrar a resposta a esta pergunta, de uma vez por todas. Dependendo do que ele descobrir, podemos estar um passo mais próximos da revolução científica e tecnológica.
A anti-gravidade existe?
Você pode não estar ciente disso, mas existem duas maneiras completamente diferentes de representar a massa. Por um lado, há massa que acelera quando você aplica força a ela: isso é m na famosa equação de Newton, onde F = ma. É o mesmo com a equação de Einstein E = mc2, a partir da qual você pode calcular quanta energia você precisa para criar uma partícula (ou antipartícula) e quanta energia você obtém quando ela se aniquila.
Mas há outra massa: gravitacional. É a massa, m, que aparece na equação do peso na superfície da Terra (W = mg) ou lei gravitacional de Newton, F = GmM / r2. No caso da matéria comum, sabemos que essas duas massas - as massas inerciais e gravitacionais - devem ser iguais à mais próxima 1 parte em 100 bilhões, graças às restrições experimentais estabelecidas há mais de 100 anos por Laurent Eotvos.
Mas, no caso da antimatéria, nunca poderíamos medir tudo isso. Aplicamos forças não gravitacionais à antimatéria e a vimos acelerar; criamos e destruímos a antimatéria; sabemos exatamente como sua massa inercial se comporta - exatamente como a massa inercial da matéria comum. F = ma e E = mc2 funcionam no caso da antimatéria da mesma forma que na matéria comum.
Mas se quisermos saber o comportamento gravitacional da antimatéria, não podemos simplesmente tomar a teoria como base; temos que medir isso. Felizmente, um experimento está em andamento para descobrir exatamente isso: o experimento ALPHA no CERN.
Vídeo promocional:
Um dos grandes avanços que aconteceu recentemente foi a criação não apenas de partículas de antimatéria, mas também de estados ligados neutros e estáveis nelas. Antiprótons e pósitrons (antielétrons) podem ser criados, desacelerados e forçados a interagir uns com os outros para formar um anti-hidrogênio neutro. Usando uma combinação de campos elétricos e magnéticos, podemos confinar esses anti-átomos e mantê-los estáveis longe da matéria, o que levaria à aniquilação em caso de colisão.
Conseguimos mantê-los estáveis por 20 minutos por vez, muito além das escalas de tempo de microssegundos que as partículas fundamentais instáveis normalmente experimentam. Nós disparamos fótons contra eles e descobrimos que eles têm o mesmo espectro de emissão e absorção que os átomos. Determinamos que as propriedades da antimatéria são as mesmas previstas pela física padrão.
Exceto gravitacionais, é claro. O novo detector ALPHA-g, construído na fábrica canadense TRIUMF e enviado ao CERN no início deste ano, deve melhorar os limites da aceleração gravitacional da antimatéria para um limiar crítico. A antimatéria acelera na presença de um campo gravitacional na superfície da Terra para 9,8 m / s2 (para baixo), -9,8 m / s2 (para cima), 0 m / s2 (na ausência de aceleração gravitacional) ou para algum outro valor ?
Tanto do ponto de vista teórico quanto prático, qualquer resultado diferente dos esperados +9,8 m / s2 será absolutamente revolucionário.
Um análogo de antimatéria para cada partícula de matéria deve ter:
- a mesma massa
- a mesma aceleração em um campo gravitacional
- carga elétrica oposta
- rotação oposta
- as mesmas propriedades magnéticas
- deve ligar-se da mesma forma em átomos, moléculas e estruturas maiores
- deve ter o mesmo espectro de transições de pósitrons em uma variedade de configurações.
Algumas dessas propriedades foram medidas ao longo do tempo: a massa inercial da antimatéria, a carga elétrica, o spin e as propriedades magnéticas são bem conhecidas e estudadas. As propriedades de ligação e transientes foram medidas por outros detectores no experimento ALPHA e estão em linha com as previsões da física de partículas.
Mas se a aceleração gravitacional for negativa em vez de positiva, ela literalmente virará o mundo de cabeça para baixo.
Atualmente, não existe um condutor gravitacional. Em um condutor elétrico, cargas gratuitas vivem na superfície e podem se mover, redistribuindo-se em resposta a quaisquer cargas próximas. Se você tiver uma carga elétrica fora do condutor elétrico, o interior do condutor será protegido dessa fonte de eletricidade.
Mas não há como se proteger da força da gravidade. Não há como sintonizar um campo gravitacional uniforme em uma área específica do espaço, como entre placas paralelas de um capacitor elétrico. Causa? Ao contrário da força elétrica, que é gerada por cargas positivas e negativas, existe apenas um tipo de "carga" gravitacional - massa / energia. A força gravitacional sempre atrai e não há como mudá-la.
Mas se você tem massa gravitacional negativa, tudo muda. Se a antimatéria realmente manifesta propriedades anti-gravitacionais, cai para cima e não para baixo, então, à luz da gravidade, ela consiste em anti-massa ou anti-energia. De acordo com as leis da física como a conhecemos, não existe anti-massa ou antienergia. Podemos imaginá-los e imaginar como se comportariam, mas esperamos que a antimatéria tenha massa normal e energia normal quando se trata de gravidade.
Se a anti-massa existir, os muitos avanços tecnológicos com que os escritores de ficção científica sonharam por muitos anos se tornarão subitamente fisicamente viáveis.
- Podemos criar um condutor gravitacional protegendo-nos das forças gravitacionais.
- Podemos criar um capacitor gravitacional no espaço e criar um campo gravitacional artificial.
- Poderíamos até criar um warp drive, já que teríamos a capacidade de deformar o espaço-tempo da mesma forma que a solução matemática da relatividade geral proposta por Miguel Alcubierre em 1994 exige.
Esta é uma oportunidade incrível que é considerada quase impossível por todos os físicos teóricos. Mas não importa o quão selvagem ou impensável sejam suas teorias, você deve apoiá-las ou refutá-las exclusivamente com dados experimentais. Somente medindo e testando o universo você pode saber exatamente como suas leis funcionam.
Até medirmos a aceleração gravitacional da antimatéria com a precisão necessária para determinar se ela está caindo ou caindo, devemos estar abertos para a possibilidade de que a natureza não esteja se comportando da maneira que esperamos. O princípio da equivalência pode não funcionar no caso da antimatéria; pode ser 100% anti-princípio. E, neste caso, um mundo de possibilidades completamente novas se abrirá. Encontraremos a resposta em alguns anos, conduzindo um experimento simples: coloque um antiatoma em um campo gravitacional e veja como ele cairá.
Ilya Khel
