Antimaterie fällt nicht herunter, zeigt CERN-Experiment – ​​Physics World

Antimaterie „fällt nicht nach oben“, sondern reagiert auf die Anziehungskraft der Erde auf die gleiche Weise wie normale Materie. Zu diesem Schluss kommen Physiker, die daran arbeiten ALPHA-g Experiment am CERN, die die erste direkte Beobachtung frei fallender Antimaterieatome gemacht haben.

Das Experiment hilft dabei, die Vorstellung auszuschließen, dass ein Unterschied in ihrer Reaktion auf die Schwerkraft irgendwie dafür verantwortlich ist, dass es im sichtbaren Universum viel mehr Materie als Antimaterie gibt. Allerdings lässt die Messung immer noch die verlockende, aber sehr unwahrscheinliche Möglichkeit offen, dass Antimaterie und Materie etwas unterschiedlich auf die Schwerkraft reagieren.

Antimaterie wurde erstmals 1928 vorhergesagt und vier Jahre später wurden die ersten Antimaterieteilchen – Antielektronen oder Positronen – im Labor beobachtet. Antimaterie-Teilchen scheinen mit ihren materiellen Gegenstücken identisch zu sein, jedoch mit umgekehrter Ladung, Parität und Zeit. Bisherige Studien zu Antiteilchen deuten darauf hin, dass sie die gleiche Masse wie ihre Gegenstücke haben und auf die gleiche Weise auf die Schwerkraft reagieren.

Aus dem Blickfeld verbannt

Diese Ähnlichkeit legt nahe, dass beim Urknall Antimaterie in der gleichen Menge wie Materie entstanden sein sollte. Dies steht im Widerspruch zu dem, was wir über das sichtbare Universum wissen, das offenbar viel mehr Materie als Antimaterie enthält. Aus diesem Grund suchen Physiker nach subtilen Möglichkeiten, wie sich Antimaterie von Materie unterscheidet, denn die Entdeckung solcher Unterschiede könnte erklären, warum Materie gegenüber Antimaterie dominiert.

Indirekte Messungen der Wirkung der Schwerkraft auf Antimaterie legen nahe, dass Materie und Antimaterie gleichermaßen auf die Schwerkraft reagieren. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Arbeit mit Antimaterie war jedoch keine direkte Beobachtung der frei unter der Schwerkraft der Erde fallenden Antimaterie möglich.

Während Antimaterie im Labor hergestellt werden kann, vernichtet sie sich bei Kontakt mit Materie in einem Versuchsapparat. Daher muss sehr darauf geachtet werden, genügend Antimaterie anzusammeln, um ein Experiment durchzuführen. Im letzten Jahrzehnt hat das ALPHA-Team am CERN das magnetische Einfangen von Antimaterie im Hochvakuum perfektioniert, um die Vernichtung zu minimieren. Jetzt haben sie in einer hohen zylindrischen Vakuumkammer namens ALPHA-g eine Falle geschaffen, mit der sie beobachten können, ob Antimaterie nach unten oder nach oben fällt.

Ihr Experiment besteht darin, die Kammer mit Antiwasserstoffatomen zu füllen – die jeweils aus einem Antiproton und einem Positron bestehen. Die Positronen werden von einer radioaktiven Quelle gesammelt und die Antiprotonen werden durch das Abfeuern von Protonen auf ein festes Ziel erzeugt. Beide Arten von Antiteilchen werden sehr vorsichtig abgebremst und dann zu Antiwasserstoff kombiniert.

Der Falle entkommen

Das ALPHA-g-Experiment beginnt damit, dass der Antiwasserstoff magnetisch in der Mitte des Zylinders eingefangen wird. Dann wird das Einfangfeld heruntergedreht, sodass die Antiatome aus der Falle entweichen können. Diese Ausreißer treffen auf die Wände der Kammer, wo die Vernichtung einen Lichtblitz in einem Szintillationsdetektor erzeugt. Das Team beobachtete etwa 80 % der Vernichtungen unterhalb der Mitte der Falle, was darauf hindeutet, dass die Antiatome der Schwerkraft unterliegen, sobald sie aus der Falle freigesetzt werden. Dies wurde durch mehr als ein Dutzend Wiederholungen des Experiments bestätigt. Das Team beobachtete nicht 100 % der Antiatome, die sich nach unten bewegten, da die thermische Bewegung der Teilchen einige von ihnen nach oben schickte und vernichtete, bevor sie wieder zurückfallen konnten – erklärt der ALPHA-g-Sprecher Jeffrey Hangst, der an der dänischen Universität Aarhus ist. Hangst erzählte Physik-Welt Dass das Experiment konsistent ist, liegt daran, dass Antiwasserstoff herunterfällt.

ALPHA beschäftigt sich mit Antimaterie

ALPHA-g fand jedoch heraus, dass die Antiatome aufgrund der Schwerkraft der Erde eine Beschleunigung erfuhren, die etwa 0.75 der Beschleunigung normaler Materie entspricht. Obwohl diese Messung eine geringe statistische Signifikanz hat, gibt sie Anlass zur Hoffnung, dass Physiker bald einen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie entdecken könnten, der auf eine neue Physik jenseits des Standardmodells hinweisen könnte.

Graham Shore von der britischen University of Swansea erzählt Physik-Welt dass das ALPHA-g-Ergebnis nicht als Beweis dafür interpretiert werden sollte, dass Antimaterie im Gravitationsfeld der Erde anders reagiert als Materie.

„Jede Messung [einer Diskrepanz] wäre enorm unerwartet und würde wahrscheinlich auf eine neue Art von Gravitationskraft hinweisen, vielleicht auf ein Graviphoton, aber es ist schwer vorstellbar, wie dies vor präzisen Gravitationsexperimenten an Materie verborgen bleiben konnte“, erklärt Shore , der nicht am ALPHA-g-Experiment beteiligt war.

Wir müssen jedoch auf weitere Daten des Experiments warten, da das ALPHA-g abgebaut und am CERN ein Spektroskopieexperiment an seine Stelle gesetzt wurde. Hangst und seine Kollegen beheben derzeit einen bekannten Konstruktionsfehler in einem Magneten in ALPHA-g und erarbeiten, wie sie die Antiwasserstoffatome per Laser kühlen können, um die Leistung des Experiments zu verbessern.

Die Forschung ist beschrieben in Natur.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/antimatter-does-not-fall-up-cern-experiment-reveals/