Antistof falder ikke op, afslører CERN-eksperimentet – Physics World

Antistof falder ikke op, afslører CERN-eksperimentet – Physics World

Tidsstempel: 27. september 2023 kl. 11

Tøndescintillator
Går ned: ALPHA-g's tøndescintillator samles på CERN. (Med høflighed: CERN)

Antistof "falder ikke op", men reagerer snarere på Jordens tyngdekraft på nogenlunde samme måde som normalt stof. Det er konklusionen fra fysikere, der arbejder på ALPHA-g eksperiment på CERN, som har lavet den første direkte observation af fritfaldende antistof-atomer.

Eksperimentet hjælper med at udelukke ideen om, at en forskel i deres reaktioner på tyngdekraften på en eller anden måde er ansvarlig for, at der er meget mere stof end antistof i det synlige univers. Målingen lader dog stadig den fristende, men meget usandsynlige, mulighed stå åben for, at antistof og stof reagerer lidt forskelligt på tyngdekraften.

Antistof blev først forudsagt i 1928, og fire år senere blev de første antistofpartikler - anti-elektroner eller positroner - observeret i laboratoriet. Antistofpartikler ser ud til at være identiske med deres stoflige modstykker, men med deres ladning, paritet og tid omvendt. Indtil videre tyder undersøgelser af antipartikler på, at de har samme masse som deres modstykker, og at de reagerer på tyngdekraften på samme måde.

Forvist fra syne

Denne lighed antyder, at antistof skulle være blevet produceret i samme mængde som stof under Big Bang. Dette er i modstrid med, hvad vi ved om det synlige univers, som ser ud til at indeholde meget mere stof end antistof. Som et resultat søger fysikere efter subtile måder, hvorpå antistof adskiller sig fra stof, fordi at finde sådanne forskelle kan hjælpe med at forklare, hvorfor stof dominerer over antistof.

Indirekte målinger af tyngdekraftens effekt på antistof tyder på, at stof og antistof begge reagerer på samme måde på tyngdekraften. Men vanskelighederne ved at arbejde med antistof betød, at der ikke var foretaget en direkte observation af antistof, der falder frit under Jordens tyngdekraft.

Mens antistof kan fremstilles i laboratoriet, vil det tilintetgøres ved kontakt med stof i et eksperimentelt apparat. Så der skal udvises stor omhu for at akkumulere nok antistof til at udføre et eksperiment. I løbet af det sidste årti har ALPHA-teamet hos CERN perfektioneret den magnetiske indfangning af antistof under højvakuum for at minimere udslettelse. Nu har de skabt en fælde i et højt cylindrisk vakuumkammer kaldet ALPHA-g, som giver dem mulighed for at observere, om antistof falder nedad eller opad.

Deres eksperiment går ud på at fylde kammeret med antihydrogenatomer - som hver omfatter en antiproton og en positron. Positronerne opsamles fra en radioaktiv kilde, og antiprotonerne skabes ved at skyde protoner mod et fast mål. Begge typer antipartikler bremses meget omhyggeligt og kombineres derefter for at skabe antibrint.

Undslippe fælden

ALPHA-g eksperimentet begynder med antihydrogenet magnetisk fanget i midten af ​​cylinderen. Derefter ringes fangstfeltet ned, så antiatomer begyndte at undslippe fælden. Disse undslippere rammer kammerets vægge, hvor udslettelse skaber et lysglimt i en scintillationsdetektor. Holdet observerede omkring 80% af udslettelsene under midten af ​​fælden, hvilket tyder på, at antiatomerne falder under tyngdekraften, når de først er frigivet fra fælden. Dette blev bekræftet ved at gentage eksperimentet mere end et dusin gange. Holdet observerede ikke, at 100 % af antiatomerne bevægede sig nedad, fordi partiklernes termiske bevægelse sendte nogle af dem opad, og de tilintetgjorde, før de kunne falde tilbage igen - forklarer ALPHA-g talsmanden Jeffrey Hangst, der er på Danmarks Aarhus Universitet. Hangst fortalte Fysik verden at forsøget stemmer overens er med, at antibrint falder ned.

ALPHA-g fandt dog ud af, at antiatomerne oplevede en acceleration på grund af Jordens tyngdekraft, der er omkring 0.75 af den, der opleves af normalt stof. Selvom denne måling har en lav statistisk signifikans, giver den et fristende håb om, at fysikere snart kan opdage en forskel mellem stof og antistof, der kunne pege mod ny fysik ud over standardmodellen.

Graham Shore fra Storbritanniens University of Swansea fortæller Fysik verden at ALPHA-g-resultatet ikke skal tolkes som bevis på, at antistof reagerer anderledes end stof i Jordens gravitationsfelt.

"Enhver måling af [en uoverensstemmelse] ville være enormt uventet og ville sandsynligvis indikere en ny type gravitationsstyrkekraft, måske en graviphoton, men det er svært at se, hvordan dette kunne være forblevet skjult fra præcisionsgravitationseksperimenter på stof," forklarer Shore , som ikke var involveret i ALPHA-g eksperimentet.

Vi bliver dog nødt til at vente på flere data fra forsøget, fordi ALPHA-g er blevet demonteret, og et spektroskopi-eksperiment er blevet sat i stedet på CERN. Hangst og hans kolleger er i øjeblikket ved at rette en kendt designfejl i en magnet i ALPHA-g og finde ud af, hvordan de kan laserkøle antibrintatomerne for at forbedre eksperimentets ydeevne.

Forskningen er beskrevet i Natur.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden