Múons podem desafiar teoria da gravidade de Einstein

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 25/09/2026

Todo o trabalho, incluindo o experimento gravitacional, acontece no acelerador de partículas do PSI, que produz os mais poderosos feixes de múons do mundo.
[Imagem: Markus Fischer/PSI]

Gerações de partículas

Será que a força da gravidade age igualmente sobre todas as partículas do Universo, ou será que existem diferenças entre a matéria comum e matérias mais exóticas, incluindo a antimatéria?

“Demos um passo importante para realizar um experimento empolgante sobre esse tema. Queremos medir a interação gravitacional do múon,” contou a professora Anna Soter, que está preparando o experimento com coletas do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique e do Instituto Paul Scherrer (PSI), na Suíça.

Toda a matéria que nos rodeia – incluindo a matéria que forma nossos próprios corpos – é composta por prótons, nêutrons e elétrons. Os físicos se referem a este conjunto como a “primeira geração de partículas”. Mas existem também duas gerações adicionais, que compreendem partículas mais pesadas. O múon, por exemplo, é o irmão mais pesado do elétron e pertence à segunda geração. “Mas nós, físicos, ainda não entendemos por que essas gerações adicionais existem. E por que existem três no total?”, contextualiza Soter.

Uma questão crucial é se as massas das partículas da segunda e terceira gerações, que vão ficando cada vez maiores, se comportam exatamente da mesma maneira frente à força da gravidade.

Um feixe colimado atravessa um detector de entrada e várias lâminas finas, antes de parar em uma camada horizontal de hélio superfluido.
[Imagem: J. Zhang et al. – 10.1038/s41567-026-03433-x]

O enigmático princípio da equivalência

Quando lidamos com a matéria comum, todos os corpos caem à mesma taxa em um dado ponto dentro de um campo gravitacional. Essa universalidade da queda livre foi reconhecida já na época de Galileu Galilei e Isaac Newton, e se tornou um dos pilares da teoria da gravitação de Albert Einstein, na qual é conhecida como princípio da equivalência entre massa gravitacional e massa inercial.

Até agora, esse princípio intrigante só foi demonstrado com matéria comum ou com antimatéria de primeira geração. Mas já é possível produzir múons e suas antipartículas artificialmente nos aceleradores de partículas. Quando um antimúon, com carga positiva, se combina com um elétron, com carga negativa, forma-se um átomo neutro, chamado muônio.

Ao medir o comportamento gravitacional do muônio, os pesquisadores pretendem, pela primeira vez, verificar como uma partícula de segunda geração cai – só muito recentemente descobrimos que a antimatéria não cai para cima. “O exótico muônio é muito adequado para isso porque é um átomo neutro,” explicou Soter. “Afinal, para fazer algo cair, você precisa de algo neutro.” No caso de uma partícula carregada, o fraco efeito da gravidade acaba mascarado por campos eletromagnéticos dispersos.

Simulação da linha de feixe curvada verticalmente pela gravidade e do perfil do feixe medido.
[Imagem: J. Zhang et al. – 10.1038/s41567-026-03433-x]

Gravidade sobre o múon

A equipe da professora Sotter conseguiu agora um avanço significativo para viabilizar o experimento. “Conseguimos produzir átomos de muônio em um estado ‘frio’, que é o que torna o experimento de gravidade possível em primeiro lugar. Nesse caso, ‘frio’ significa que os átomos se propagam em velocidades semelhantes, quase paralelos entre si.”

Os antimúons produzidos no acelerador são disparados contra uma fina camada de hélio superfluido, onde são desacelerados. Quando um antimúon encontra um elétron livre no hélio, forma-se um átomo de muônio com potencial químico positivo que é, por assim dizer, forçado a sair do líquido. Quando o múon atinge a superfície, o potencial químico é convertido em energia cinética: O átomo recebe um impulso e é lançado verticalmente para fora do líquido – é durante esse lançamento que se torna possível medir a interação da partícula com a gravidade. “Então, estamos usando o potencial químico como um canhão atômico,” explicou o pesquisador Jesse Zhang.

Para o experimento ser viável, é crucial que os átomos de muônio possam se mover livremente pelo líquido quântico a uma velocidade específica e sem colisões, caso contrário, dado seu tempo de vida extremamente curto, eles jamais chegariam à superfície, inviabilizando as medições de sua interação com a gravidade.

Como próximo passo, os pesquisadores estão agora desenvolvendo o aparelho para medir o efeito da gravidade no feixe de muônio, que será uma espécie de interferômetro, um aparelho que utiliza as propriedades ondulatórias dos átomos para gerar um padrão de interferência. A pequena mudança nesse padrão, causada pela atração gravitacional da Terra, possibilitará determinar o efeito da gravidade sobre os múons.

“Esperamos poder testar o método pela primeira vez com o feixe atômico ainda este ano e, se tudo correr bem, o experimento da gravidade propriamente dito deverá ser realizado em dois ou três anos,” anunciou Soter.

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