Az antianyag nem esik fel, derül ki a CERN-kísérletből – Fizika világa

Az antianyag nem esik fel, derül ki a CERN-kísérletből – Fizika világa

Időbélyeg: 27. szeptember 2023. 11:30

Hordó szcintillátor
Lefelé haladva: az ALPHA-g hordószcintillátorát szerelik össze a CERN-ben. (Jóvolt: CERN)

Az antianyag nem „esik fel”, hanem nagyjából ugyanúgy reagál a Föld gravitációs vonzására, mint a normál anyag. Ez a következtetés a fizikusok azon dolgozó ALPHA-g kísérlet a CERN-ben, akik az első közvetlen megfigyelést végezték szabadon eső antianyag atomokra.

A kísérlet segít kizárni azt az elképzelést, hogy a gravitációra adott válaszaik különbözősége valamilyen módon felelős azért, hogy sokkal több anyag van, mint antianyag a látható univerzumban. A mérés azonban továbbra is nyitva hagyja azt a biztató, de nagyon valószínűtlen lehetőséget, hogy az antianyag és az anyag kissé eltérően reagál a gravitációra.

Az antianyagot először 1928-ban jósolták meg, majd négy évvel később az első antianyag részecskéket – anti-elektronokat vagy pozitronokat – figyelték meg a laboratóriumban. Az antianyag részecskék azonosnak tűnnek anyagtársaikkal, de töltésük, paritásuk és idejük megfordult. Eddig az antirészecskékkel kapcsolatos vizsgálatok azt sugallják, hogy azonos tömegűek, mint társaik, és ugyanúgy reagálnak a gravitációra.

Száműzték szem elől

Ez a hasonlóság arra utal, hogy az antianyagnak ugyanolyan mennyiségben kellett volna előállnia, mint az anyagnak az Ősrobbanás során. Ez szembeszáll azzal, amit a látható univerzumról tudunk, amely úgy tűnik, sokkal több anyagot tartalmaz, mint antianyagot. Ennek eredményeként a fizikusok finom módokat keresnek arra, hogy az antianyag eltérjen az anyagtól, mivel az ilyen különbségek megtalálása segíthet megmagyarázni, miért dominál az anyag az antianyag felett.

A gravitáció antianyagra gyakorolt ​​hatásának közvetett mérései arra utalnak, hogy az anyag és az antianyag egyaránt ugyanúgy reagál a gravitációra. Az antianyaggal való munka nehézségei azonban azt eredményezték, hogy nem történt közvetlen megfigyelés a Föld gravitációja alatt szabadon eső antianyagról.

Míg az antianyagot laboratóriumban is elő lehet állítani, egy kísérleti berendezésben az anyaggal érintkezve megsemmisül. Tehát nagy gondot kell fordítani arra, hogy elegendő antianyagot halmozzon fel egy kísérlet elvégzéséhez. Az elmúlt évtizedben a CERN ALPHA csapata tökéletesítette az antianyag mágneses csapdázását nagy vákuum alatt, hogy minimalizálja a megsemmisülést. Most egy csapdát hoztak létre egy magas, hengeres vákuumkamrában, ALPHA-g néven, amely lehetővé teszi számukra, hogy megfigyeljék, hogy az antianyag lefelé vagy felfelé esik-e.

Kísérletük során a kamrát antihidrogén atomokkal töltik fel – amelyek mindegyike egy antiprotonból és egy pozitronból áll. A pozitronokat radioaktív forrásból gyűjtik össze, és az antiprotonokat protonok szilárd célpontra való tüzelésével hozzák létre. Mindkét típusú antirészecskét nagyon óvatosan lelassítják, majd kombinálják, hogy antihidrogént hozzanak létre.

Menekülés a csapdából

Az ALPHA-g kísérlet azzal kezdődik, hogy az antihidrogént mágnesesen bezárják a henger közepébe. Ezután a csapdamezőt letárcsázzák, így az antiatomok elkezdtek kiszabadulni a csapdából. Ezek a szökevények nekiütköznek a kamra falainak, ahol a megsemmisülés fényvillanást hoz létre a szcintillációs detektorban. A csapat a csapda közepe alatti megsemmisülések körülbelül 80%-át figyelte meg, ami arra utal, hogy az antiatomok gravitáció alá kerülnek, miután kiszabadultak a csapdából. Ezt a kísérlet több mint tucatszori megismétlése is megerősítette. A csapat nem figyelte meg, hogy az antiatomok 100%-ban lefelé mozognak, mert a részecskék hőmozgása egy részüket felfelé küldte, és megsemmisültek, mielőtt újra visszazuhanhattak volna – magyarázza az ALPHA-g szóvivője. Jeffrey Hangst, aki a dán Aarhusi Egyetemen tanul. Hangst elmondta Fizika Világa hogy a kísérlet összhangban van az antihidrogén leesésével.

Az ALPHA-g azonban azt találta, hogy az antiatomok a Föld gravitációja miatt olyan gyorsulást tapasztaltak, amely körülbelül 0.75-szerese a normál anyagénak. Noha ennek a mérésnek alacsony a statisztikai jelentősége, csábító reményt ad arra vonatkozóan, hogy a fizikusok hamarosan felfedezhetnek olyan különbséget az anyag és az antianyag között, amely a standard modellen túlmutató új fizika felé mutathat.

Graham Shore az Egyesült Királyság Swansea Egyeteme elmondja Fizika Világa hogy az ALPHA-g eredményt nem szabad annak bizonyítékaként értelmezni, hogy az antianyag másképpen reagál, mint az anyag a Föld gravitációs mezőjében.

„Az [eltérés] bármilyen mérése rendkívül váratlan lenne, és valószínűleg egy újfajta gravitációs erőt jelezne, esetleg egy gravifotont, de nehéz belátni, hogyan maradhatott ez rejtve az anyagon végzett precíziós gravitációs kísérletek elől” – magyarázza Shore. , aki nem vett részt az ALPHA-g kísérletben.

A kísérlet további adataira azonban még várnunk kell, mert az ALPHA-g-t leszerelték, és a helyére egy spektroszkópiai kísérletet tettek a CERN-ben. Hangst és munkatársai jelenleg egy ismert tervezési hibát javítanak ki az ALPHA-g mágnesében, és kidolgozzák, hogyan hűthetik le lézerrel az antihidrogénatomokat a kísérlet teljesítményének javítása érdekében.

A kutatás leírása a Természet.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa