No Universo, descrito pelas leis da Física que conhecemos, existem quatro interações fundamentais: a força nuclear forte, que mantém prótons e nêutrons unidos; a força nuclear fraca, responsável pelos decaimentos radioativos e qualquer mudança de espécie entre quarks e léptons; a força eletromagnética, que possibilita a formação de átomos neutros; e a gravitação, que surge entre corpos dotados de massa.
Segundo à Lei da Gravitação newtoniana que aprendemos na escola, a gravidade é estritamente atrativa, isto é, não tem um comportamento oposto, repulsivo: massa apenas atrai massa, visto que não há um equivalente de “massa negativa” para repelir. Na relatividade geral de Einstein, nossa descrição atual e mais precisa da gravitação, a matéria e a energia curvam o espaço-tempo e essa distorção é o que experimentamos como a gravidade.
Representação artística da deformação no espaço-tempo causada pela presença de corpos massivos.Fonte: Caltech/MIT
Contudo, o que ocorreria se, de fato, houvesse uma massa negativa ou algum tipo de energia negativa? O espaço-tempo poderia se distorcer no sentido oposto, resultando em uma antigravidade?
Felizmente para nós, um dos aspectos mais surpreendentes sobre a ciência é o quão universalmente aplicáveis são as leis da natureza.
Até onde conseguimos observar e medir, em laboratórios terrestres e nas profundezas do Universo, todas as partículas obedecem às mesmas regras, experimentam as mesmas forças e sentem as mesmas constantes fundamentais. Do ponto de vista da gravidade, por exemplo, na Terra, partículas estáveis caem como esperado no seu campo gravitacional, sendo aceleradas em direção ao seu centro a 9,8 m/s².
Representação de um átomo e um anti-átomo de hidrogênio.Fonte: Max Planck Institute
Mas o que esperar de partículas instáveis, digamos, de um átomo de antimatéria – em que os átomos são feitos de antiprótons em vez de prótons e antielétrons (ou pósitrons) em vez de elétrons?
Se abandonássemos um átomo de anti-hidrogênio (composto de um antipróton no centro com um pósitron carregado positivamente orbitando em torno dele), ele iria cair em direção ao centro da Terra ou iria subir, respondendo a alguma forma de antigravidade?
Os modelos teóricos preveem que átomos de antimatéria deveriam acelerar exatamente da mesma maneira que átomos ordinários de matéria, mas até que medições sejam feitas, nenhuma certeza poderia ser demonstrada. Essa resposta só chegou ano passado, por meio dos resultados de um dos experimentos mais refinados e espetaculares já feitos pela humanidade.
Sede do experimento ALPHA, onde o experimento foi realizado.Fonte: CERN
No dia 27 de setembro de 2023, uma equipe internacional de físicos do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN, da sigla em francês) apresentou os resultados que a antimatéria responde à gravidade da mesma forma que a matéria normal, validando mais uma vez o modelo da Teoria da Relatividade Geral proposto por Albert Einstein há mais de um século.
Este resultado marcou a primeira observação direta da antimatéria em queda livre, mais especificamente átomos de anti-hidrogênio, em que observou-se uma trajetória para baixo padrão, em vez de para cima.
O experimento consistiu em produzir e capturar átomos de anti-hidrogênio em uma garrafa magnética, cujas extremidades continham campos magnéticos controláveis. Para testemunhar os efeitos da gravidade nos anti-átomos, os físicos reduziram a intensidade do campo magnético em cada extremidade para permitir que as antipartículas ganhassem mobilidade.
Trajetória dos anti-hidrogênios nas câmaras do CERN.Fonte: Berkeley
Por conta da destruição mútua que ocorre no contato entre matéria e antimatéria, quando cada antipartícula vagava para o topo ou para o fundo da garrafa magnética, ela se aniquilava em átimos de segundo.
Os pesquisadores analisaram esses flashes e descobriram que um número significativamente maior de anti-átomos foi para o fundo da garrafa em comparação com o topo: cerca de 80% deles se comportaram dessa maneira, e esse resultado se manteve verdadeiro durante uma dúzia de repetições do experimento. Além disso, a aceleração gravitacional do anti-hidrogênio é próxima da matéria normal, cerca de 9,8 m/s².
Embora o questionamento acerca do comportamento de outros anti-átomos ainda possa ser feito, espera-se que todos eles se comportem de forma similar. Os resultados coletados no CERN colocaram um ponto praticamente definitivo na questão: para tristeza dos fãs de ficção científica, ao menos no que diz respeito à antimatéria, a antigravidade não existe.