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É real a antigravidade? A ciência está prestes a descobrir

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30 de Outubro de 2018
Ilustração de carga de gravidade negativa
Créditos: Forbes

Um dos fatos mais surpreendentes sobre a ciência é como são aplicáveis universalmente as leis da natureza. Cada partícula obedece as mesmas regras, experimenta as mesmas forças e vê as mesmas constantes fundamentais, não importando onde ou quando elas existam. Gravitacionalmente, todas as entidades do universo experimentam, dependendo de como você as vê, ou a mesma aceleração gravitacional ou a mesma curvatura do espaço-tempo, não importando as propriedades que possui.

Pelo menos, é como as coisas são na teoria. Para o astrofísico Ethan Siegel,  fundador e escritor de Starts With A Bang, na prática, algumas coisas são notoriamente difíceis de medir. Fótons e partículas normais e estáveis caem como esperado em um campo gravitacional, com a Terra fazendo com que qualquer partícula massiva acelere em direção ao seu centro a 9,8 m / s 2 . Apesar de nossos melhores esforços, nunca medimos a aceleração gravitacional da antimatéria. Deveria acelerar exatamente da mesma maneira, mas até medirmos isso, não podemos saber. 

Um experimento está tentando decidir o assunto, de uma vez por todas. Dependendo do que encontrar, pode ser a chave para uma revolução científica e tecnológica.  Se quisermos saber como a antimatéria se comporta gravitacionalmente, não podemos simplesmente sair do que teoricamente esperamos ; temos que medir isso. Felizmente, há um experimento em execução agora que foi projetado para fazer exatamente isso: o experimento ALPHA no CERN .

(A colaboração ALPHA foi a mais próxima de qualquer experimento a medir o comportamento da antimatéria neutra em um campo gravitacional. Com o próximo detector ALPHA-g, poderemos finalmente saber a resposta. Crédito: Maximiniel Brice/CERN)

Um dos grandes avanços que foram dados recentemente é a criação não apenas de partículas de antimatéria, mas estados neutros e estáveis do mesmo. Antiprótons e pósitrons (antielétrons) podem ser criados, desacelerados e forçados a interagir uns com os outros, onde formam um anti-hidrogênio neutro. Usando uma combinação de campos elétricos e magnéticos, podemos confinar esses antiátomos e mantê-los estáveis, longe do assunto que os faria aniquilar.

O novo detector ALPHA-g, construído na instalação Triunf do Canadá e enviado ao CERN no início deste ano, deve melhorar os limites da aceleração gravitacional da antimatéria até o limiar crítico. Do ponto de vista teórico e de aplicação, qualquer resultado que não os esperados +9,8 m/s2 seria absolutamente revolucionário. A contraparte da antimatéria de todas as partículas de matéria deve ter: a mesma massa, a mesma aceleração em um campo gravitacional, a carga elétrica oposta, a rotação oposta, as mesmas propriedades magnéticas, deve se unir da mesma forma em átomos, moléculas e estruturas maiores e deve ter o mesmo espectro de transições de positrons nessas variadas configurações.

Alguns destes foram medidos por um longo tempo: massa inercial da antimatéria, carga elétrica, spin e propriedades magnéticas são bem conhecidos. Suas propriedades de ligação e transição foram medidas por outros detectores no experimento ALPHA e se alinham com o que a física de partículas prevê. Mas se a aceleração gravitacional voltar negativa em vez de positiva, literalmente viraria o mundo de cabeça para baixo.

(O detector ALPHA-g, construído na instalação de aceleração de partículas do Canadá, TRIUMF, é o primeiro de seu tipo projetado para medir o efeito da gravidade na antimatéria. Quando orientado verticalmente, deve ser capaz de medir em qual direção a antimatéria cai e em qual magnitude. Crédito: Stu Shepherd/ Triumf)

Atualmente, não existe tal coisa como um condutor gravitacional. Em um condutor elétrico, cargas livres vivem na superfície e podem se mover, redistribuindo-se em resposta a quaisquer outras cargas ao redor. Se você tiver uma carga elétrica fora de um condutor elétrico, o interior do condutor será protegido dessa fonte elétrica. 

Mas não há como se proteger da força gravitacional. Não há como montar um campo gravitacional uniforme em uma região do espaço, como você pode fazer entre as placas paralelas de um capacitor elétrico. O motivo? Porque ao contrário da força elétrica, que é gerada por cargas positivas e negativas, há apenas um tipo de "carga gravitacional", e isso é massa e energia. A força gravitacional é sempre atraente e simplesmente não há maneira de contornar isso.

Mas se você tem massa gravitacional negativa, tudo isso muda. Se a antimatéria realmente se torna antigravitacional, caindo em vez de cair, então a gravidade a vê como se fosse feita de antimassa ou antienergia. Sob as leis da física que atualmente entendemos, quantidades como antimassa ou antienergia não existem. Podemos imaginá-los e falar sobre como eles se comportariam, mas esperamos que a antimatéria tenha massa normal e energia normal quando se trata de gravidade.

(A ferramenta Virtual IronBird para o Centrifuge Accommodation Module é uma maneira de criar gravidade artificial, mas requer muita energia e permite apenas um tipo específico de força de busca de centro. A verdadeira gravidade artificial exigiria que algo se comportasse com massa negativa. Crédito: NASA/AMES)

Se antimassa existe, no entanto, uma série de grandes avanços tecnológicos, imaginados por escritores de ficção científica por gerações, de repente se tornariam fisicamente possíveis. Podemos construir um condutor gravitacional e nos proteger da força gravitacional. Podemos montar um capacitor gravitacional no espaço, criando um campo de gravidade artificial uniforme. Poderíamos até mesmo criar um drive de dobra, já que teríamos a capacidade de deformar o espaço-tempo exatamente da maneira que uma solução matemática para a Relatividade Geral, descoberta por Miguel Alcubierre em 1994, exige.

É uma possibilidade incrível, que é considerada altamente improvável por praticamente todos os físicos teóricos. Mas não importa quão selvagens ou domesticadas sejam suas teorias, você deve confrontá-las com dados experimentais; somente medindo o Universo e colocando-o à prova, você pode determinar com precisão como as leis da natureza funcionam.

Saiba mais no artigo da pesquisa no periódico Nature.

Fonte: Forbes

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