Antimateria ei putoa, paljastaa CERNin koe – Physics World

Antimateria ei putoa, paljastaa CERNin koe – Physics World

Aikaleima: 27. syyskuuta 2023 11

Tynnyrituike
Menee alas: ALPHA-g:n piipun tuikea kootaan CERNissä. (Kohtelias: CERN)

Antimateria ei "pudota ylös", vaan pikemminkin reagoi Maan vetovoimaan suunnilleen samalla tavalla kuin normaali aine. Tämä on johtopäätös fyysikot työskentelevät ALPHA-g kokeilu CERNissä, joka on tehnyt ensimmäisen suoran havainnon vapaasti putoavista antimateriaatomeista.

Kokeilu auttaa sulkemaan pois ajatuksen, että erot heidän reaktioissaan painovoimaan ovat jotenkin vastuussa siitä, että näkyvässä maailmankaikkeudessa on paljon enemmän ainetta kuin antimateriaa. Mittaus jättää kuitenkin avoimeksi houkuttelevan, mutta erittäin epätodennäköisen mahdollisuuden, että antimateriaali ja aine reagoivat hieman eri tavalla painovoimaan.

Antimateria ennustettiin ensimmäisen kerran vuonna 1928 ja neljä vuotta myöhemmin ensimmäiset antimateriaalihiukkaset – anti-elektroneja eli positroneja – havaittiin laboratoriossa. Antimateriaalihiukkaset näyttävät olevan identtisiä ainevastineidensa kanssa, mutta niiden varaus, pariteetti ja aika ovat käänteisiä. Toistaiseksi antihiukkasten tutkimukset viittaavat siihen, että niillä on samat massat kuin vastaavilla ja että ne reagoivat painovoimaan samalla tavalla.

Karkotettu silmistä

Tämä samankaltaisuus viittaa siihen, että antimateriaalia olisi pitänyt tuottaa sama määrä kuin ainetta alkuräjähdyksen aikana. Tämä kohtaa sen, mitä tiedämme näkyvästä maailmankaikkeudesta, joka näyttää sisältävän paljon enemmän ainetta kuin antimateriaa. Tämän seurauksena fyysikot etsivät hienovaraisia ​​tapoja, joilla antimateriaali eroaa aineesta, koska tällaisten erojen löytäminen voisi auttaa selittämään, miksi aine hallitsee antimateriaa.

Epäsuorat mittaukset painovoiman vaikutuksesta antiaineeseen viittaavat siihen, että aine ja antiaine reagoivat samalla tavalla painovoimaan. Antiaineen kanssa työskentelyn vaikeudet merkitsivät kuitenkin sitä, että suoraa havaintoa antimateriaalista, joka putoaa vapaasti Maan painovoiman alaisena, ei ollut tehty.

Vaikka antimateriaa voidaan valmistaa laboratoriossa, se tuhoutuu joutuessaan kosketuksiin aineen kanssa koelaitteistossa. Siksi on huolehdittava siitä, että antimateriaa kerätään tarpeeksi kokeen suorittamista varten. Viimeisen vuosikymmenen aikana CERNin ALPHA-tiimi on parantanut antimateriaalin magneettista vangitsemista korkeassa tyhjiössä tuhoamisen minimoimiseksi. Nyt he ovat luoneet ansan korkeaan sylinterimäiseen tyhjiökammioon nimeltä ALPHA-g, jonka avulla he voivat tarkkailla, putoaako antimateriaali alas vai ylöspäin.

Heidän kokeensa sisältää kammion täyttämisen antivetyatomeilla - joista kukin sisältää antiprotonin ja positroni. Positronit kerätään radioaktiivisesta lähteestä ja antiprotonit luodaan ampumalla protoneja kiinteään kohteeseen. Molempia antihiukkastyyppejä hidastetaan erittäin huolellisesti ja yhdistetään sitten antivedyn luomiseksi.

Pakeneminen ansasta

ALPHA-g-koe alkaa antivetyllä, joka jää magneettisesti loukkuun sylinterin keskelle. Sitten pyyntikenttä valitaan alas, niin että antiatomit alkoivat paeta ansasta. Nämä pakolaiset iskevät kammion seiniin, missä tuhoutuminen luo valon välähdyksen tuikeilmaisimen sisään. Ryhmä havaitsi noin 80 % annihilaatioista ansan keskustan alapuolella, mikä viittaa siihen, että antiatomit joutuvat painovoiman alaisena, kun ne vapautuivat ansasta. Tämä vahvistettiin toistamalla koe yli tusina kertaa. Tiimi ei havainnut 100 % antiatomeista liikkuvan alaspäin, koska hiukkasten lämpöliike lähetti osan niistä ylöspäin ja ne tuhoutuivat ennen kuin ne ehtivät pudota takaisin – selittää ALPHA-g:n tiedottaja. Jeffrey Hangst, joka on Tanskan Århusin yliopistossa. Hangst kertoi Fysiikan maailma että koe on johdonmukainen, johtuu antivedyn putoamisesta.

Kuitenkin ALPHA-g havaitsi, että antiatomit kokivat Maan painovoiman aiheuttaman kiihtyvyyden, joka on noin 0.75 normaalin aineen kokemasta kiihtyvyydestä. Vaikka tällä mittauksella on alhainen tilastollinen merkitys, se tarjoaa houkuttelevaa toivoa, että fyysikot voisivat pian löytää eron aineen ja antiaineen välillä, mikä voisi viitata kohti uutta fysiikkaa, joka on standardimallin ulkopuolella.

Graham Shore Britannian Swansean yliopistosta kertoo Fysiikan maailma että ALPHA-g-tulosta ei pidä tulkita todisteeksi siitä, että antimateria reagoi eri tavalla kuin aine Maan gravitaatiokentässä.

"Kaikki [eron] mittaukset olisivat äärimmäisen odottamattomia ja osoittaisivat todennäköisesti uudentyyppistä gravitaatiovoimaa, ehkä gravifotonia, mutta on vaikea nähdä, kuinka tämä olisi voinut jäädä piiloon aineen tarkkuusgravitaatiokokeilta", Shore selittää. , joka ei ollut mukana ALPHA-g-kokeessa.

Meidän on kuitenkin odotettava lisää tietoa kokeesta, koska ALPHA-g on purettu ja sen tilalle on asetettu spektroskopiakoe CERNissä. Hangst ja hänen kollegansa korjaavat parhaillaan ALPHA-g:n magneetin tunnettua suunnitteluvirhettä ja selvittävät, kuinka he voivat laserjäähdyttää antivetyatomit parantaakseen kokeen suorituskykyä.

Tutkimusta kuvataan luonto.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Fysiikan maailma