L’antimateria cade per la gravità come la materia. La prima osservazione diretta di atomi di antidrogeno in caduta libera conferma che è soggetta alla stessa attrazione gravitazionale della materia. Svelato al Cern un nuovo tassello sull’antimateria: cade come la materia perché è soggetta alla forza di gravità. La scoperta è arrivata dalla collaborazione scientifica dell’esperimento Alpha al Cern, di cui fa parte anche l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
Esperimento Alpha
Il team di scienziati della collaborazione Alpha è riuscito a realizzare, nel corso della presa dati del 2022, la prima osservazione diretta degli effetti della gravità sul moto degli atomi di antidrogeno. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature. Si tratta della prima misura di interazione gravitazionale tra materia e antimateria, in questo caso atomi di antidrogeno, nel campo di gravitazione terrestre. Il valore ottenuto è compatibile, dentro gli errori sperimentali, con le previsioni della relatività generale.
Germano Bonomi, professore all’Università di Brescia, associato all’Infn e membro della Collaborazione Alpha spiega che “sebbene l’interazione gravitazionale tra materia e antimateria sia stata oggetto di speculazioni teoriche sin dalla scoperta di quest’ultima nel 1928, è la prima volta che un esperimento mostra di essere sensibile agli effetti della gravità su atomi di antimateria, in particolare di antidrogeno”. “È una misura a cui la comunità dell’Antimatter Factory al Cern – spiega inoltre Bonomi – sta lavorando da quasi due decenni e come collaborazione Alpha siamo quindi molto contenti di esserci finalmente riusciti”. Nell’apparato sperimentale utilizzato per la misura, chiamato Alpha-g, gli atomi di antidrogeno, una volta creati, vengono intrappolati, grazie a un campo magnetico, in una trappola verticale, tra due bobine che determinano rispettivamente le barriere di potenziale magnetico inferiore e superiore.
La strategia sperimentale è basata sul bilanciamento della forza gravitazionale con quella magnetica ed è concettualmente semplice: intrappolare e accumulare atomi di antidrogeno nella regione desiderata, per poi rilasciarli lentamente abbassando i potenziali magnetici superiore e inferiore della trappola verticale, e cercare quindi di misurare qualsiasi influenza della gravità sul loro movimento quando fuggono e si annichilano sulle pareti dell’apparato. L’effetto della gravità si manifesta come una differenza nel numero di eventi di annichilazione dagli antiatomi che sfuggono attraverso la parte superiore o inferiore della trappola.
“È stato appassionante partecipare a questa ricerca, e in un laboratorio come il Cern dove è possibile trovare i migliori scienziati e le migliori scienziate al mondo” commenta Marta Urioni, dottoranda dell’Università di Brescia e membro della collaborazione Alpha. “Ho potuto contribuire sia alla fase sperimentale di raccolta dei dati, sia a quella dell’analisi per l’estrazione del risultato che, dentro gli errori sperimentali, è in linea con quanto atteso dalla Relatività generale” aggiunge Urioni.
Cosa è stato scoperto
Gli scienziati sottolineano che dal momento che esistono scenari teorici che prevedono una violazione seppure molto piccola dell’accelerazione di gravità tra materia e antimateria, dopo aver determinato il segno e la grandezza approssimativa dell’accelerazione, i prossimi anni saranno dedicati a migliorare la misura sperimentale.
“Il livello di precisione non è ancora tale da dire qualcosa di nuovo sulla gravità rispetto a quanto già sappiamo” spiega Simone Stracka, ricercatore dell’Infn di Pisa e membro della collaborazione Alpha. “In futuro – osserva – la sfida sarà quella di verificare con maggior precisione le previsioni teoriche”. “Oltre alla nostra collaborazione Alpha, anche altri esperimenti al Cern, come AEgIS e Gbar, stanno portando avanti questo tipo di ricerca e quindi ci aspettiamo presto nuovi progressi” conclude Stracka.
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