Умопомрачительный эксперимент показывает падение антиматерии под действием гравитации

Что касается гравитации, то как материя, так и ее «зеркальный» двойник с перевернутым зарядом, антиматерия, заслуживают больших и теплых объятий.

Недавний эксперимент международного аппарата антиводородной лазерной физики (АЛЬФА) В результате сотрудничества удалось впервые напрямую измерить свободно падающую антиматерию.

Если бы результаты были иными, мы, возможно, наконец-то получили бы первое достоверное представление о том, куда делась половина Вселенной около 13,4 миллиардов лет назад.

Антиматерия — это квантовая тень знакомого вида материи, из которой состоят объекты нашей повседневной жизни.

Измените заряд (и несколько других, более тонких характеристик) электрона, вы получите такую ​​же крошечную, но положительно заряженную частицу, называемую позитроном.

Постройте протон из антикварков, вы получите отрицательный эквивалент, называемый антипротоном.

И если вы соедините эти два вместе? Вы получаете атом антиводорода, положительная частица которого вращается вокруг отрицательного ядра.

Вселенная не стесняется создавать частицы антивещества, по крайней мере, не больше, чем создает материю. Но сведите их вместе, и их противоположные вкусы быстро исчезнут, оставив только быстро расширяющийся пузырь гамма-лучей, позволяющий предположить, что они когда-либо существовали.

Этот грубый факт космической бухгалтерии представляет собой загадку – почему мы есть ли Вселенная, наполненная материей-звездами, материей-планетами и материей-галактикой, если бы эквивалентное количество антиматерии появилось в бушующей печи Большого взрыва немедленно, чтобы все это уравновесить?

В то время как некоторые физики поставили под сомнение предпосылки создания и уничтожения антиматерии, другие поставили под сомнение предположения о фундаментальном поведении зеркального двойника.

Например, если бы позитроны отталкивались гравитацией, а не притягивались, два вида материи можно было бы разделить на ранних этапах создания Вселенной.

Это отличная идея, даже если она не поддерживается теорией.

«Если бы антиводород каким-то образом отличался от водорода, это было бы Это революционная вещь, потому что физические законы, как в квантовой механике, так и в гравитации, гласят, что поведение должно быть одинаковым», — говорит физик-плазмофизик из Калифорнийского университета в Беркли и член коллаборации АЛЬФА Джонатан Вуртеле.

«Однако это не так. не узнаешь, пока не проведешь эксперимент».

Проведение такого эксперимента легче сказать, чем сделать.

Мы сравнивали влияние гравитации на различные виды материи в рамках так называемого слабый принцип эквивалентности задолго до того, как Галилей якобы сбросил боеприпасы с вершины башни в Пизе.

Сбросить массу, состоящую из антивещества, – это совсем другая игра.

Во-первых, а мы можем синтезировать его с помощью коллайдера частиц, за всю историю было произведено всего несколько нанограммов антипротонов и позитронов.

Замедление антивещества, его хранение и транспортировка античастиц для экспериментов — проблема номер два.

Однако, возможно, самым большим препятствием является невероятная слабость гравитации по сравнению с невероятной мощью электромагнетизма. Сила гравитации, действующая на один протон, находящийся на поверхности Земли, такая же, как электрическое поле с напряженностью всего 0,000001 вольт на квадратный метр.

Магнитные поля еще более губительны, требуя от экспериментаторов нестандартного мышления. в разработке способов увидеть, падает ли объект из антивещества так же, как объект из материи.

В 2022 году исследователи нашли косвенные доказательства того, что оба объекта одинаково реагируют на гравитацию. Обгоняя два вида материи вокруг ловушки в течение 18 месяцев, они не обнаружили никаких признаков того, что гравитация оказывает различное влияние на антиматерию.

Чтобы продвинуть эксперименты еще на один шаг вперед, АЛЬФА разработала вертикальный вакуум. камера с регулируемыми магнитными полями и частицами антиводорода, «сброшенными» в ее центр.

«Говоря в общих чертах, мы создаем антиматерию и Мы проводим эксперимент типа «Пизанской башни», — говорит Вуртеле.

Изменяя магнитные поля контролируемым образом, исследователи смогли нейтрализовать их эффекты, оставив притяжение гравитации на произвол судьбы. заставляет больше частиц падать к Земле, чем ускоряться к небу.

Эксперимент означает, что мы можем отказаться от предположений о том, что гравитация выделила антивещество из пепла Большого взрыва, по крайней мере, на данный момент.

Тем не менее, все еще существует небольшая вероятность того, что гравитация любит одного из близнецов материи немного больше, чем другого. Если это так, то это может объяснить, почему мы унаследовали целую Вселенную.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature.