L’antimateria cade verso il basso? Cosa ha misurato ALPHA-g

Sì: nell’esperimento ALPHA-g del CERN gli atomi di antidrogeno hanno mostrato un comportamento compatibile con una caduta verso la Terra. Il risultato pubblicato nel 2023 esclude, nelle condizioni studiate, una repulsione gravitazionale verso l’alto. Non dimostra però che l’accelerazione sia identica a quella della materia con precisione arbitraria: direzione della caduta e misura esatta dell’accelerazione sono due domande diverse.

È questa distinzione che permette di capire la portata dell’esperimento senza trasformarlo nella conferma definitiva di ogni aspetto della gravità. Il lavoro scientifico si intitola Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter ed è stato pubblicato su Nature, volume 621.

Che cosa è stato fatto cadere?

ALPHA-g studia atomi di antidrogeno, composti da un antiprotone e un positrone. Non si tratta di oggetti macroscopici o di un campione di qualsiasi tipo di antimateria. Gli antiatomi sono elettricamente neutri: una caratteristica importante, perché le forze elettromagnetiche sulle antiparticelle cariche rendono estremamente difficile isolare il debolissimo effetto della gravità.

La domanda sperimentale è quindi ben delimitata: come si muovono questi antiatomi quando vengono rilasciati da un confinamento magnetico nel campo gravitazionale terrestre?

Come funziona l’esperimento ALPHA-g?

Come spiega il comunicato originale del CERN del 27 settembre 2023, gli scienziati hanno confinato gruppi di circa cento antiatomi in una trappola verticale. Hanno poi ridotto gradualmente le barriere magnetiche superiore e inferiore, rilasciandoli nell’arco di circa venti secondi.

Il rivelatore ricostruisce dove gli antiatomi si annichilano incontrando la materia dell’apparato. Contare le uscite in alto e in basso permette di cercare l’effetto gravitazionale. Le simulazioni prevedevano, per un comportamento analogo alla materia, circa il 20% delle uscite dall’alto e l’80% dal basso; i risultati osservati erano coerenti con questa aspettativa.

Perché alcuni antiatomi escono comunque dall’alto?

Uscire dall’alto non significa essere respinti dalla gravità. Il confronto corretto riguarda l’intera distribuzione delle uscite durante il rilascio, tenendo conto della dinamica degli antiatomi e dei campi magnetici. Non basta osservare un singolo evento per dedurne la direzione della forza.

Un esempio numerico aiuta: applicando la proporzione attesa 80/20 a cento uscite, otteniamo ottanta eventi in basso e venti in alto. È soltanto una traduzione illustrativa delle percentuali, non il resoconto di una specifica prova. Anche in questo scenario la presenza di venti uscite superiori è compatibile con una forza gravitazionale attrattiva.

L’antimateria cade esattamente come la materia?

La misura del 2023 è compatibile con le previsioni della relatività generale entro le incertezze sperimentali. L’INFN, che partecipa alla collaborazione, riporta un’accelerazione verso il basso pari a 0,75 g, con incertezze separate di ±0,13 g per gli effetti statistici e sistematici e di ±0,16 g per la simulazione.

Il numero centrale 0,75 non va quindi presentato come prova che l’antimateria cada precisamente il 25% più lentamente. Le incertezze fanno parte del risultato. Il resoconto tecnico dell’INFN chiarisce che la misura è in accordo con quanto atteso e che occorre maggiore precisione per verifiche più stringenti.

Questo spiega perché nell’universo c’è più materia?

È una domanda distinta. Misurare il moto dell’antidrogeno nel campo terrestre non equivale a ricostruire l’origine dello squilibrio cosmico. Per approfondire quel problema puoi leggere la nostra spiegazione su materia dopo il Big Bang e ipotesi del neutrino pesante.

Anche lo studio dell’antimateria più pesante prodotta negli esperimenti segue un’altra domanda. Tenere separati questi percorsi aiuta a riconoscere che cosa dimostra ogni ricerca: ALPHA-g ha osservato un effetto gravitazionale sull’antidrogeno, aprendo la strada a misure più precise.