A colaboração ALPHA no CERN, fundada em 2006 por 10 grupos incluindo o grupo da UFRJ, publicou há poucas semanas o primeiro resfriamento a laser de anti-átomos de hidrogênio aprisionados em armadilha magnética [1]. Esse feito, é praticamente um tour-de-force a começar pelo laser no ultra-violeta-de-vácuo (VUV) na transição Lyman-a (1S-2P) em 121 nm, feito por colegas do Canadá. O experimento ocorre em ciclos de acumulação de 1000 antihidrogênios em até 9 horas e resfriamento a laser por até 6 horas e depende da estabilidade do equipamento e de altíssimo vácuo, pois nossos anti-átomos são talvez os sensores mais sensíveis a vácuo atualmente. O resfriamento a laser levou a amostra atomica a energias médias da ordem de 5 µeV permitindo agora uma espectroscopia na transição 1S-2S com uma resolução de 14 kHz ao invés de 58 kHz para a amostra não resfriada. Esse breakthrough muda o cenário de nossas medidas de alta precisão.

A medida publicada em 2018 na transição 1S-2S com 12 algarismos significativos [2] – a medida mais precisa e acurada sobre antimatéria já feita e para a qual nosso grupo da UFRJ desenvolveu a cavidade ótica ressonante em baixa temperatura – levou semanas para ser realizada. Agora, com a técnica de acumulação de anti-átomos e resfriamento a laser, fazemos medidas equivalentes em 1 dia, o que nos permitirá também procurar por variações siderais, ou termos que violam transformação de Lorentz e assim a Simetria de CPT.

Na próxima rodada esse ano ou no próximo, será possível avançar a medida da transição 1S-2S a 13 algarismos significativos bem como realizar o primeiro experimento de queda de antimatéria na gravidade terrestre. Para chegarmos a uma comparação em 15 algarismos significativos entre hidrogênio e antihidrogênio, num teste da chamada Simetria de CPT (Carga, Paridade, Tempo), precisaremos colocar hidrogênio na mesma armadilha que antihidrogênio de maneira que esteja sob efeito do mesmo ambiente de campos elétrico, magnético e gravitacional. Para isso, nosso grupo na UFRJ está desenvolvendo técnicas de produção de hidrogênio frio [3] para a colaboração ALPHA.

Será que antihidrogênio vai se mostrar idêntico a hidrogênio em sua estrutura quântica e aceleração gravitacional? A Natureza vai nos dizer, pois estamos a bom caminho no desenvolvimento de técnicas e equipamentos para inquirir dela essas respostas.

[1] C. Baker, et al., Laser cooling of antihydrogen atoms. Nature 592, 35 (2021)
[2] M. Ahmadi, et al. Characterization of the 1S–2S transition in antihydrogen. Nature 557, 71(2018)
[3] R. L. Sacramento, et al., Rev. Sci. Instrum. 86, 073109 (2015); C. L. Cesar, J. Phys. B 49, 074001 (2016)

Texto escrito por Claudio Lenz César.