Materia podlega przyciąganiu grawitacyjnemu. Ogólna teoria względności Einsteina przewidywała, że antymateria również powinna spaść na Ziemię w ten sam sposób. Jednak jak dotąd nie było bezpośrednich dowodów eksperymentalnych, które by to wykazały. Eksperyment ALPHA w CERN jest pierwszym bezpośrednim eksperymentem, w którym zaobserwowano efekt powaga na ruch antymaterii. Odkrycia wykluczyły odrażającą „antygrawitację” i potwierdziły tę tezę powaga wpływy znaczenia i antymateria w podobny sposób. Zaobserwowano, że atomy antywodoru (pozyton orbitujący antyproton) spadł na Ziemię w taki sam sposób, jak atomy wodoru.
Antymateria składa się z antycząstek (pozytony, antyprotony i antyneutrony są antycząstkami elektronów, protonów i neutronów). Materia i antymateria unicestwiają się całkowicie, gdy wejdą w kontakt, pozostawiając energię.
Materia i antymateria powstały na początku w równych ilościach wszechświat przez Wielki Wybuch. Jednak obecnie w naturze nie znajdujemy antymaterii (asymetria materia-antymateria). Dominuje materia. W rezultacie zrozumienie właściwości i zachowania antymaterii jest niepełne. Jeśli chodzi o wpływ grawitacji na ruch antymaterii, ogólna teoria względności przewidywała, że na antymaterię również powinien oddziaływać w podobny sposób, ale nie było bezpośrednich obserwacji eksperymentalnych potwierdzających to. Niektórzy nawet argumentowali, że w przeciwieństwie do materii (która podlega przyciąganiu grawitacyjnemu), antymateria może podlegać odpychającej „antygrawitacji”, co zostało wykluczone w niedawno opublikowanych wynikach eksperymentu ALPHA w CERN.
Pierwszym krokiem było wytworzenie antyatomów w laboratorium i kontrolowanie ich, aby uniknąć spotkania z materią i anihilacji. Może to wydawać się łatwe, ale zajęło to ponad trzy dekady. Naukowcy skupili się na atomach antywodoru jako idealnym systemie do badania grawitacyjnego zachowania antymaterii, ponieważ atomy antywodoru są elektrycznie obojętne i stabilne cząstki antymaterii. Zespół badawczy pobrał ujemnie naładowane antyprotony wytworzone w laboratorium i związał je z dodatnio naładowanymi pozytonami ze źródła sodu-22, aby utworzyć atomy antywodoru, które następnie zamknięto w pułapce magnetycznej, aby zapobiec anihilacji z atomami materii. Pułapkę magnetyczną wyłączono, aby umożliwić atomom antywodoru ucieczkę w kontrolowany sposób w pionowym aparacie ALPHA-g i zmierzono pionowe pozycje, w których atomy antywodoru anihilują z materią. Naukowcy uwięzili grupy około 100 atomów antywodoru. Powoli uwalniali antyatomy jednej grupy w ciągu 20 sekund, zmniejszając prąd w górnym i dolnym magnesie. Odkryli, że proporcja antyatomów znajdujących się na górze i na dole odpowiadała wynikom symulacji dla atomów. Stwierdzono również, że przyspieszenie atomu antywodoru jest zgodne z dobrze znanym przyspieszeniem spowodowanym powaga między materią a Ziemią, co sugeruje, że antymateria podlega temu samemu przyciąganiu grawitacyjnemu co materia, a nie jakiejkolwiek odpychającej „antygrawitacji”.
Odkrycie to stanowi kamień milowy w badaniach grawitacyjnego zachowania antymaterii.
***
Źródła:
- CERN 2023. Aktualności – Eksperyment ALPHA w CERN obserwuje wpływ grawitacji na antymaterię. Opublikowano 27 września 2023 r. Dostępne pod adresem https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Dostęp: 27 września 2023 r.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. i in. Obserwacja wpływu grawitacji na ruch antymaterii. Natura 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
