Если гравитация притягивает материю вниз, куда падает антиматерия?

7 октября 2023, 20:01

Источник:

Nature

Согласно Общей теории относительности Эйнштейна, материя и антиматерия должны падать на Землю одинаково под действием гравитации. И хотя это не вызвало больших сомнений среди ученых, они все же решили проверить, действительно ли это так, или антиматерия будет демонстрировать противоположные свойства и в этом параметре.

Детали эксперимента

Новая статья описывает эксперименты, проведенные в ЦЕРНе. Оказалось, что атомы антиводорода — позитрон, вращающийся вокруг антипротона — падают на Землю так же, как и их эквиваленты из материи.

Это был первый прямой эксперимент, в котором действительно наблюдается гравитационное влияние на движение антиматерии. Это важная веха в изучении антиматерии, которая до сих пор сбивает с толку научный мир из-за ее очевидного отсутствия во Вселенной.

Почему очевидного? Дело в том, что антиматерия при контакте с материей мгновенно аннигилирует, то есть они взаимоуничтожаются. Принятые сегодня теории говорят, что при создании Вселенной появилось поровну материи и антиматерии. Но в таком случае они должны были прореагировать друг с другом еще миллиарды лет назад и сегодня не было бы абсолютно ничего – ни звезд, ни планет, ни нас. Поэтому ученые много лет пытаются понять, куда делась вся антиматерия: наши теории ошибочны и ее просто было меньше с самого начала, или она каким-то образом смогла мгновенно отделиться и скрывается от нас в неизведанных участках Вселенной.

Атомы антиводорода являются электрически нейтральными и стабильными частицами антивещества. Эти характеристики делают их безупречными системами для исследования гравитационного поведения антиматерии. Гравитация – это сила тяжести между двумя объектами, имеющими массу. Она самая слабая из четырех фундаментальных сил природы.

Атомы антиводорода создают, отбирая отрицательно заряженные антипротоны и связывая их с положительно заряженными позитронами, накопленными из источника натрия-22. Затем нейтральные, но слегка магнитные атомы антиматерии содержат в магнитной ловушке, которая предотвращает их контакт с материей и аннигиляцию. Команда построила вертикальный аппарат, позволяющий измерять, как атомы антиводорода аннигилируют с веществом, когда магнитное поле ловушки выключается, позволяя атомам начать двигаться в ту или иную сторону.

Ученые захватывали группы примерно по 100 атомов антиводорода, затем медленно освобождали от ловушки атомы в течение 20 секунд, постепенно уменьшая ток в верхнем и нижнем магнитах.

Для вещества это действие приводит к выходу около 20% атомов через верхнюю часть ловушки (вылетают вверх) и 80% через нижнюю (падают вниз из-за гравитации). Антивещество в эксперименте вело так же.

Теперь учёные хотят сравнить скорость их падения.