Será que a antimatéria “cai para cima”?

Sério agora, precisamos falar sobre antimatéria!

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Por Paul Sutter

Traduzido e adaptado por Marco Centurion

Em 1971, quando o astronauta David Scott estava na superfície da Lua, segurando um martelo e uma pena, e, na rarefeita atmosfera do satélite natural da Terra, deixou cair os dois ao mesmo tempo. Eles então atingiram o pó cinzento exatamente no mesmo instante. Foi uma referência poética a Galileu, que, séculos antes, havia refutado a noção aristotélica de que objetos pesados “querem” estar no chão mais do que objetos leves.

Uma ilustração da aniquilação de partículas criando antimatéria na forma de anti-hélio. (Créditos da imagem: CERN)

Isso não foi apenas um truque para as câmeras, foi uma demonstração do princípio da equivalência fraca, que é a base da relatividade geral. Ela afirma que todos os objetos, independentemente de sua massa ou composição interna, caem exatamente à mesma taxa em um campo gravitacional. Quando Einstein estava construindo sua obra-prima, ele não tentou explicar por que isso acontece. Simplesmente assumiu que se tratava de uma regra fundamental e seguiu em frente.

Mas e se existir uma criatura astrofísica que se recuse a jogar de acordo com as regras? E se deixássemos cair algo tão exótico que nem sequer estava no radar de Einstein? Chegou a hora de falarmos sobre antimatéria!

Para entender o fascínio pela ideia da antimatéria em queda, precisamos olhar para a história de sua descoberta. Na década de 1920, o físico Paul Dirac estava tentando fazer dois mundos muito diferentes, o da mecânica quântica (as regras do muito pequeno) e a relatividade especial (as regras do muito rápido), funcionarem juntos.

Dirac encontrou uma equação que funcionava, mas ela tinha uma peculiaridade. Assim como a raiz quadrada de 4 pode ser tanto 2 quanto -2, sua equação oferecia duas soluções para a energia de uma partícula, que era uma positiva e outra negativa. E isso era um problema. A energia positiva tem um “andar térreo” em zero, mas a energia negativa é um porão de um porão, sem fundo.

A solução de Dirac foi o que ficou conhecido como o “mar de Dirac”. Ele imaginou o espaço não como um vácuo vazio, mas como um “oceano” preenchido por estados de energia negativa. Se você empurrar uma dessas partículas invisíveis para o domínio positivo, deixa para trás um buraco. Esse buraco se comporta como uma partícula normal, mas com carga oposta. Foi a primeira vez que uma partícula foi prevista puramente pela matemática antes de ser observada em um laboratório. E então a chamaram de antimatéria.

Por que focar na antimatéria para testar a gravidade? Porque a antimatéria é a ponte para a maior cisão da física. A relatividade geral (gravidade) e a mecânica quântica (todo o resto) notoriamente não se dão bem. É como se elas falassem línguas distintas e vivessem em países diferentes. Como a antimatéria é um produto puro do mundo quântico, ela é a candidata perfeita para testar a teoria da gravidade de Einstein.

No entanto, isso também é um pesadelo, e aqui estão três razões para isso:

• Quando matéria e antimatéria entram em contato, elas se aniquilam em um lampejo de energia pura;

• A natureza não nos entrega antimatéria de bandeja, precisamos produzi-la em laboratórios avançados.

• Em comparação com a força eletromagnética, a gravidade é incrivelmente fraca.

  
  

Para superar esses obstáculos, os cientistas do experimento ALPHA-g, no CERN, precisaram ser criativos. Primeiro, eles produziram anti-hidrogênio neutro ao emparelhar antiprótons com pósitrons (que são os anti-elétrons). Como esses antiátomos são neutros, eles não são empurrados por campos elétricos.

A equipe capturou cerca de uma centena desses antiátomos em uma armadilha de Penning, que é uma espécie de garrafa magnética que os mantém no lugar porque, embora neutros, eles ainda se comportam como minúsculos ímãs de barra. Em seguida, usando lasers, os pesquisadores resfriaram os átomos até perto do zero absoluto para impedir que vibrassem.

Então chegou o momento da verdade: eles reduziram lentamente o campo magnético.

Se a antimatéria ignorasse o princípio da equivalência fraca, os átomos poderiam ter derivado para cima, repelidos pela Terra. Se Einstein estivesse certo, eles deveriam cair para baixo. Os pesquisadores aguardaram o clarão da aniquilação à medida que os antiátomos escapavam da armadilha e atingiam as paredes do recipiente. Depois de filtrarem o ruído de raios cósmicos dispersos, os resultados ficaram claros. Aproximadamente 80% dos antiátomos caíram pelo fundo da armadilha.

Desta forma, a antimatéria cai para baixo. Sim, sabemos que é um resultado anticlimax (risso) no melhor sentido possível. Mas isso significa que o princípio da equivalência fraca permanece sólido e a visão de Einstein de uma resposta gravitacional universal continua intacta, sobrevivendo a testes mais uma vez!

No entanto, o caso ainda não está totalmente encerrado. Embora saibamos que a antimatéria cai para baixo, ainda não sabemos se ela cai exatamente com a mesma aceleração que a matéria ordinária. Se houver sequer uma diferença de 1% na velocidade da queda, isso sinalizaria uma revolução total na física, temos então um indício de que a gravidade trata a matéria espelhada de forma diferente. Mas, por enquanto, o universo continua sendo um lugar onde martelos, penas e anti-hidrogênio disputam a corrida até o chão à mesma velocidade.

Artigo encontrado no site Space.com (originalmente publicado em 18/01/2026)

Link para acesso ao original: https://www.space.com/astronomy/dark-universe/does-antimatter-fall-up