Da secoli gli scienziati sanno che la gravità influisce allo stesso modo su tutti gli oggetti, indipendentemente dalla loro massa o composizione. Questo principio, noto come principio di equivalenza debole, è una pietra angolare della teoria della relatività generale di Einstein. Ora, un esperimento fondamentale conferma che anche l’antimateria – una delle sostanze più esotiche dell’universo – si comporta secondo questa regola, cadendo verso il basso proprio come la materia ordinaria.
Il contesto storico: da Galileo a Einstein
Il concetto di accelerazione gravitazionale universale risale agli esperimenti di Galileo, dove dimostrò che oggetti di peso diverso cadono con la stessa velocità nel vuoto. Einstein non ha tentato di spiegare perché la gravità influenza tutto allo stesso modo; egli semplicemente assunse questa legge come legge fondamentale nel formulare la sua teoria della relatività generale. Questa ipotesi è stata valida per tutta la materia osservata fino a tempi recenti.
Il puzzle dell’antimateria
L’antimateria, prevista dal fisico Paul Dirac negli anni ’20 come conseguenza della riconciliazione della meccanica quantistica con la relatività ristretta, rappresenta una sfida unica per questa comprensione. Le equazioni di Dirac suggerivano che per ogni particella esiste una controparte con carica opposta ma massa identica. Quando materia e antimateria si incontrano, si annichilano a vicenda, liberando energia. Ciò rende incredibilmente difficile lo studio del comportamento gravitazionale dell’antimateria.
L’esperimento ALPHA-g al CERN
Gli scienziati dell’esperimento ALPHA-g del CERN hanno superato questi ostacoli creando atomi neutri di antiidrogeno, accoppiando antiprotoni con positroni (antielettroni). Questi atomi neutri, a differenza dell’antimateria carica, non sono influenzati dalle forze elettromagnetiche. Per isolare l’antimateria, i ricercatori hanno utilizzato una “trappola di Penning” – una bottiglia magnetica per tenerli in posizione – e hanno raffreddato gli antiatomi quasi fino allo zero assoluto per ridurre al minimo il movimento.
I risultati: l’antimateria cade verso il basso
Indebolendo gradualmente il campo magnetico, il team ha osservato il comportamento degli atomi di antiidrogeno intrappolati. Se l’antimateria avesse sfidato il principio di equivalenza debole, avrebbe potuto spostarsi verso l’alto a causa di qualche repulsione sconosciuta. Invece, circa l’80% degli antiatomi caddero attraverso il fondo della trappola, annichilandosi al contatto con le pareti del contenitore. Ciò conferma che l’antimateria viene trascinata verso il basso dalla gravità, proprio come la materia ordinaria.
Cosa significa per la fisica
L’esperimento non dimostra che la gravità e la meccanica quantistica concordano : parlano ancora lingue diverse. Ma rafforza la teoria della relatività generale di Einstein dimostrando che vale anche per l’antimateria. Il caso però non è del tutto chiuso. I ricercatori non hanno ancora determinato se l’antimateria cade alla esatta stessa* accelerazione della materia. Una leggera differenza, anche solo dell’1%, richiederebbe un ripensamento fondamentale della gravità.
Per ora, l’universo rimane coerente: martelli, piume e antiidrogeno cadono tutti alla stessa velocità. Non si tratta di una rivoluzione in fisica, ma di una rassicurante conferma che l’universo si comporta come ci aspettiamo.
