Le leggi della natura sono universalmente applicabili e ogni particella obbedisce alle stesse regole, sperimenta le stesse forze e risponde allo stesso modo alle stesse costanti fondamentali, lo stesso dovrebbe valere per le particelle di antimateria.
Gravitazionalmente, ogni singolo oggetto nell’Universo subisce la stessa accelerazione gravitazionale o la stessa curvatura dello spaziotempo, indipendentemente dalle proprietà che possiede.
I fotoni e le particelle di materia cadono entrambi nel campo gravitazionale della Terra che le fa accelerare verso il centro a 9,8 m / s 2. Nonostante numerosi tentativi, però, non è stata mai misurata l’accelerazione gravitazionale dell’antimateria e non sappiamo se essa produce antigravità.
L’antimateria dovrebbe accelerare esattamente allo stesso modo, ma finché non viene accertato, non è possibile affermarlo con certezza. Un esperimento sta tentando di svelare il mistero, una volta per tutte.
Possiamo pensare alla massa in due modi completamente diversi. La massa che accelera quando le viene applicata una certa forza come nella famosa equazione di Newton F = ma, o alla stessa massa nell’equazione di Einstein E = mc 2 che dice quanta energia occorre per creare una particella (o antiparticella) e quanta energia si ottiene quando due particelle si annichilano.
Nell’universo però esiste un’altra massa, la massa gravitazionale. Questa è la massa, m , che appare nell’equazione del peso sulla superficie terrestre ( W = mg ), o nella legge gravitazionale di Newton, F = GmM / r 2. Per la materia normale, sappiamo che queste due masse – massa inerziale e massa gravitazionale – devono essere uguali entro qualcosa come 1 parte su 100 miliardi, grazie ai vincoli sperimentali di una configurazione progettata oltre 100 anni fa da Loránd Eötvös.
Per l’antimateria, però, non siamo mai stati in grado di misurarlo affatto. Abbiamo applicato forze non gravitazionali all’antimateria e l’abbiamo vista accelerare, abbiamo creato e annientato l’antimateria; sappiamo come si comporta la sua massa inerziale, ed è esattamente uguale alla massa inerziale della materia normale Sia F = ma che E = mc 2 funzionano allo stesso modo per l’antimateria come per la materia normale.
Ma se vogliamo capire come l’antimateria si comporta gravitazionalmente dobbiamo misurarlo. Fortunatamente, c’è un esperimento in corso che è stato progettato per fare esattamente questo: l’esperimento ALPHA al CERN.
Esperimenti sull’antimateria
Uno dei grandi progressi compiuti di recente è la creazione non solo di particelle di antimateria, ma di stati legati neutri e stabili. Antiprotoni e positroni (antielettroni) possono essere costretti a formare anti-idrogeno neutro. Usando una combinazione di campi elettrici e magnetici, possiamo confinare questi antiatomi e mantenerli stabili, lontano dalla materia.
Gli anti atomi sono stati mantenuti stabili per circa 20 minuti, superando le scale temporali di microsecondi in cui sopravvivono le particelle fondamentali instabili. Sono stati bombardati con fotoni dimostrando gli stessi spettri di emissione e assorbimento degli atomi di normale materia. Le proprietà dell‘antimateria quindi sono esattamente come la fisica standard prevede che siano.
Ma non sappiamo come l’antimateria si comporta gravitazionalmente o se sviluppa antigravità. Il nuovo rilevatore ALPHA-g dovrebbe migliorare i limiti dell’accelerazione gravitazionale dell’antimateria fino alla soglia critica. L’antimateria accelera, in presenza del campo gravitazionale sulla superficie della Terra, a +9,8 m / s 2 (in basso), a -9,8 m / s 2 (in alto), a 0 m / s 2 (nessuna accelerazione gravitazionale ) o con qualche altro valore?
Sia dal punto di vista teorico che applicativo, qualsiasi risultato diverso dai +9,8 m / s 2 sarebbe assolutamente rivoluzionario. L’antimateria dovrebbe avere le stesse caratteristiche della materia, massa, accelerazione di gravità, carica, ecc. Alcune di queste proprietà sono state misurate, ma se l’accelerazione gravitazionale fosse negativa anziché positiva, capovolgerebbe letteralmente il mondo.
Oggi non esiste un conduttore gravitazionale. Su un conduttore elettrico, le cariche libere possono spostarsi, ridistribuendosi in risposta a qualsiasi altra carica. Se si dispone di una carica elettrica all’esterno di un conduttore elettrico, l’interno del conduttore sarà schermato da quella fonte elettrica.
Ma non c’è modo di schermarsi dalla forza gravitazionale. Non c’è nemmeno modo di creare un campo gravitazionale uniforme in una regione dello spazio, come si può fare tra le piastre parallele di un condensatore elettrico. La ragione? Perché a differenza della forza elettrica, che è generata da cariche positive e negative, c’è solo un tipo di “carica” gravitazionale, ed è massa ed energia. La forza gravitazionale è sempre attrattiva e semplicemente non c’è modo di aggirarla.
Tutto cambierebbe in presenza di una massa gravitazionale negativa. Se l’antimateria produce antigravità, cadendo verso l’alto invece che verso il basso, la gravità la vedrebbe come se fosse fatta di anti-massa o anti-energia. Ma secondo le leggi della fisica non esistono quantità come anti-massa o anti-energia.
Se l’anti-massa esistesse una serie di grandi progressi tecnologici, immaginati dagli scrittori di fantascienza per generazioni, diventerebbero fisicamente possibili. Potremmo costruire un conduttore gravitazionale, creare campi gravitazionali artificiali nello spazio o realizzare un motore a curvatura che incurvando lo spaziotempo ci permetterebbe di viaggiare nell’universo.
