Questa è la conclusione dei fisici che lavorano all'esperimento ALPHA-g del CERN, che hanno effettuato la prima osservazione diretta di atomi di antimateria in caduta libera. L'esperimento, tuttavia, non esclude completamente l'allettante (seppur remota) possibilità che l’antimateria e la materia reagiscano in modo leggermente diverso alla gravità.

L’antimateria fu prevista per la prima volta nel 1928 e quattro anni dopo furono osservate in laboratorio le prime particelle, i cui atomi sono fatti di antiprotoni invece di protoni e antielettroni (positroni) invece di elettroni.

Le particelle di antimateria sembrano essere identiche alle loro controparti ordinarie ma con carica, parità e tempo invertiti. Gli antiprotoni sono fondamentalmente protoni caricati negativamente (i protoni sono positivi negli atomi della materia normale) e i positroni sono elettroni caricati positivamente (gli elettroni sono negativi negli atomi della materia normale).

L'esperimento ha dimostrato che l'antiidrogeno atomico, costituito da un antiprotone al centro con un positrone carico positivamente che orbita attorno ad esso, viene tirato verso il basso a causa della gravità invece che verso l'alto come ci si potrebbe aspettare da una forma di materia che si presenta come "l'opposto" della materia normale che, come sappiamo, cade per gravità.

Inoltre, quasi tre decenni dopo la prima creazione dell’antiidrogeno in laboratorio, questi risultati sono un'ulteriore conferma della teoria generale della relatività di Einstein, che prevede che tutte le masse, indipendentemente dalle differenze nelle loro strutture interne, reagiscono alla gravità in modo simile.

"Se si cammina per i corridoi di questo dipartimento e si chiede ai fisici, tutti direbbero che questo risultato non è per niente sorprendente. Questa è la realtà", ha commentato Jonathan Wurtele, professore di fisica presso l'Università della California a Berkeley che per primo ha proposto l'esperimento più di dieci anni fa e coautore del nuovo studio. "Ma la maggior parte di loro dirà anche che l'esperimento doveva essere fatto perché non si può mai esserne sicuri".

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature.


Maneggiare con cura

Questa somiglianza suggerisce che l’antimateria avrebbe dovuto essere prodotta nella stessa quantità della materia durante il Big Bang. Ma ciò va contro ciò che sappiamo dell’universo visibile, che sembra contenere molta più materia che antimateria. Di conseguenza, i fisici stanno cercando di capire dove questi mondi differiscono leggermente per spiegare perché la materia è dominante.

Le misurazioni indirette dell’effetto della gravità sull’antimateria suggeriscono che la materia e l’antimateria rispondono entrambe allo stesso modo alla cosiddetta "forza G". Tuttavia, a causa delle difficoltà nell'operare con l’antimateria non è stato possibile effettuare un’osservazione diretta delle antiparticelle in caduta libera sotto la gravità terrestre. Sebbene, infatti, l'antimateria possa essere prodotta in laboratorio, annichilisce al contatto con la materia in un apparato sperimentale.

Negli ultimi dieci anni, il team ALPHA del CERN ha perfezionato l’intrappolamento magnetico dell’antimateria sotto vuoto per ridurre al minimo le "perdite". Ora ha creato una trappola verticale all’interno di un’alta camera cilindrica a vuoto chiamata ALPHA-g, che consente loro di osservare se l’antimateria cade verso il basso o verso l’alto.

L'esperimento prevede il riempimento della camera con atomi di antiidrogeno, ciascuno dei quali comprende un antiprotone e un positrone. I positroni vengono raccolti da una sorgente radioattiva e gli antiprotoni vengono creati sparando protoni contro un bersaglio solido. Entrambe le antiparticelle vengono quindi rallentate con molta cautela e combinate per creare antiidrogeno.

Antimateria in trappola

 L'esperimento ALPHA-g inizia con l'antiidrogeno intrappolato magneticamente al centro del cilindro. Quindi il campo di intrappolamento viene ridotto, in modo che gli antiatomi inizino a sfuggire alla trappola. Questi fuggitivi colpiscono le pareti della camera, dove l'annichilamento crea un lampo di luce all'interno di un rilevatore di scintillazione.

Ciò che ha osservato il team è che circa l’80% delle annichilazioni avvengono sotto il centro della trappola, suggerendo che gli antiatomi cadono per gravità una volta rilasciati.
I risultati sono stati confermati ripetendo l’esperimento più di una dozzina di volte.

Le restanti antiparticelle vengono spinte verso l'alto dal movimento termico e annichiliscono prima di ricadere, ha spiegato il portavoce di ALPHA-g Jeffrey Hangst, dell’Università danese di Aarhus.

Tuttavia, ALPHA-g ha scoperto che gli antiatomi subiscono un’accelerazione dovuta alla gravità terrestre che è circa 0,75 di quella sperimentata dalla materia normale (ovvero 9,8 metri al secondo quadrato). Sebbene questa misurazione abbia una bassa significatività statistica, offre l’allettante speranza che i fisici possano presto scoprire una differenza tra materia e antimateria che potrebbe puntare verso una nuova fisica oltre il Modello Standard. Probabilmente, dovremmo attendere nuovi dati da l'ALPHA-g per fare chiarezza.

Hangst e i suoi colleghi stanno attualmente risolvendo un noto difetto di progettazione in un magnete in ALPHA-g e stanno cercando di capire come raffreddare al laser gli atomi di antiidrogeno per migliorare le prestazioni dell'esperimento.