Es oficial: la antimateria cae, no arriba.
En un experimento único en su tipo, los científicos dejaron caer átomos de antihidrógeno y los observaron caer, demostrando que la gravedad atrae la antimateria hacia la Tierra, en lugar de repelerla.
El estudio confirma un pilar de la teoría general de la relatividad de Einstein conocido como principio de equivalencia débil. Según ese principio, la gravedad atrae todos los objetos de la misma manera, sin importar de qué esté hecho. “Este concepto está en el centro de nuestra comprensión de la gravitación”, afirma el físico Ruggero Caravita, que no participó en el nuevo trabajo.
La antimateria es la imagen especular de la materia y lleva la carga eléctrica opuesta pero la misma masa. La antipartícula de un electrón, por ejemplo, es una partícula cargada positivamente llamada positrón. El alter ego de un protón es un antiprotón cargado negativamente, y así sucesivamente.
La mayoría de los físicos no consideraron seriamente la idea de que la antimateria pudiera caer hacia arriba en lugar de hacia abajo, dice Jeffrey Hangst de la Universidad de Aarhus en Dinamarca. Pero los científicos nunca antes habían podido probarlo directamente. “La antimateria es algo misteriosa… así que queremos confirmar ese comportamiento”, dice Hangst, portavoz de la colaboración del Aparato de Física Láser Antihidrógeno, o ALPHA, que informó el nuevo resultado.
No sólo lo hizo la antimateria cae como se esperabapero también cayó con aproximadamente la misma aceleración que la materia normal, descubrió el equipo.
Los resultados, descritos en el artículo del 28 de septiembre. Naturaleza, muestran el creciente control de los científicos sobre la antimateria y el antihidrógeno en particular. La antimateria es una sustancia astuta con la que puede resultar difícil trabajar. Si toca algo hecho de materia (las paredes de un recipiente de almacenamiento o moléculas de aire), se aniquila rápidamente. Se han necesitado décadas de trabajo para medir cualquier efecto de la gravedad sobre la antimateria, dice Hangst.
En el experimento, realizado en el laboratorio europeo CERN cerca de Ginebra, los científicos atraparon átomos de antihidrógeno con fuertes campos magnéticos. Esos átomos de antihidrógeno se formaron mezclando antiprotones, creados en el CERN, con positrones de una fuente radiactiva.
Luego, los investigadores liberaron el antihidrógeno de su jaula magnética, contando cuántos átomos subían y cuántos bajaban. Si la gravedad trata a la antimateria y a la materia por igual, la mayoría de los átomos deberían caer, y algunos volarían hacia arriba debido a los movimientos iniciales de empujón de los átomos. Eso es justo lo que encontraron los investigadores.
“Es un concepto muy bonito, muy claro y muy simple”, dice el físico teórico Yunhua Ding de la Ohio Wesleyan University en Delaware, Ohio, que no participó en el estudio.
Para confirmar aún más que el antihidrógeno se comportó como se esperaba, los investigadores alteraron los campos magnéticos para empujar los átomos hacia arriba, cancelando el efecto de la gravedad. En esa prueba, un número aproximadamente igual de átomos subieron y bajaron. Variar aún más los campos magnéticos también cumplió con las expectativas.
Experimentos anteriores ya insinuaron que la gravedad trata a la materia y a la antimateria de la misma manera. En 2022, el experimento BASE, también en el CERN, informó que las oscilaciones de antiprotones confinados confirmaron indirectamente que La materia y la antimateria sienten el mismo tirón de gravedad. (SN: 5/1/22). Pero el experimento de ALPHA es el primero en observar directamente la caída de partículas de antimateria.
La idea de que diferentes tipos de objetos caen con la misma aceleración es muy anterior a Einstein. La leyenda cuenta que en el siglo XVI, Galileo arrojó diferentes objetos desde la Torre Inclinada de Pisa para demostrar este efecto. Desde entonces, los científicos lo han probado en una variedad de situaciones, incluso con Objetos en órbita alrededor de la Tierra. (SN: 14/9/22). Pero hasta ahora nunca habían hecho la prueba con antimateria.
Aunque los físicos no esperaban que la antimateria cayera, algunos investigadores han propuesto que la antimateria puede caer con una aceleración ligeramente diferente a la de la materia normal. “Si encontramos incluso la más mínima diferencia, sería una indicación de que algo nuevo está sucediendo”, afirma Caravita, del Instituto Nacional de Física Nuclear de Trento, Italia, portavoz de la colaboración AEgIS en el CERN. AEgIS forma parte de un grupo de experimentos que también trabajan para medir el efecto de la gravedad sobre la antimateria.
El experimento actual no es lo suficientemente preciso como para detectar esas diferencias sutiles. Pero nuevas técnicas, como enfriamiento de átomos de antihidrógeno con láserespodría hacer que las pruebas futuras sean más precisas (SN: 5/4/21). Eso podría ayudar a los científicos a ver, cuando se trata de materia y antimateria, si la gravedad es realmente agnóstica.