Antimateri tidak jatuh, ungkap eksperimen CERN – Dunia Fisika

Antimateri tidak jatuh, ungkap eksperimen CERN – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 27 September 2023 11

Sintilator barel
Turun: sintilator barel ALPHA-g sedang dirakit di CERN. (Sumber: CERN)

Antimateri tidak “jatuh”, melainkan merespons tarikan gravitasi bumi dengan cara yang sama seperti materi pada umumnya. Itulah kesimpulan para fisikawan yang mengerjakan ALPHA-g percobaan di CERN, yang telah melakukan pengamatan langsung pertama terhadap atom antimateri yang jatuh bebas.

Eksperimen ini membantu mengesampingkan gagasan bahwa perbedaan respons mereka terhadap gravitasi bertanggung jawab atas fakta bahwa terdapat lebih banyak materi daripada antimateri di alam semesta yang terlihat. Namun, pengukuran tersebut masih menyisakan kemungkinan yang menggiurkan, namun sangat kecil kemungkinannya, bahwa antimateri dan materi bereaksi sedikit berbeda terhadap gravitasi.

Antimateri pertama kali diprediksi pada tahun 1928 dan empat tahun kemudian partikel antimateri pertama – anti-elektron, atau positron – diamati di laboratorium. Partikel antimateri tampak identik dengan partikel materi, tetapi muatan, paritas, dan waktu mereka terbalik. Sejauh ini, penelitian terhadap antipartikel menunjukkan bahwa mereka memiliki massa yang sama dengan antipartikelnya dan merespons gravitasi dengan cara yang sama.

Diusir dari pandangan

Kesamaan ini menunjukkan bahwa antimateri seharusnya diproduksi dalam jumlah yang sama dengan materi selama Big Bang. Hal ini bertentangan dengan apa yang kita ketahui tentang alam semesta tampak, yang tampaknya mengandung lebih banyak materi daripada antimateri. Oleh karena itu, fisikawan mencari cara halus untuk membedakan antimateri dengan materi, karena menemukan perbedaan tersebut dapat membantu menjelaskan mengapa materi mendominasi antimateri.

Pengukuran tidak langsung dari efek gravitasi pada antimateri menunjukkan bahwa materi dan antimateri merespons gravitasi dengan cara yang sama. Namun, kesulitan dalam bekerja dengan antimateri berarti bahwa pengamatan langsung terhadap antimateri yang jatuh bebas di bawah gravitasi bumi belum dilakukan.

Meskipun antimateri dapat dibuat di laboratorium, antimateri akan musnah jika bersentuhan dengan materi dalam peralatan eksperimen. Jadi kehati-hatian harus dilakukan untuk mengumpulkan cukup antimateri untuk melakukan percobaan. Selama dekade terakhir, tim ALPHA di CERN telah menyempurnakan perangkap magnetis antimateri dalam kondisi vakum tinggi untuk meminimalkan pemusnahan. Kini, mereka telah menciptakan jebakan di dalam ruang vakum berbentuk silinder tinggi yang disebut ALPHA-g, yang memungkinkan mereka mengamati apakah antimateri jatuh ke bawah atau ke atas.

Eksperimen mereka melibatkan pengisian ruangan dengan atom antihidrogen – yang masing-masing terdiri dari antiproton dan positron. Positron dikumpulkan dari sumber radioaktif dan antiproton dibuat dengan menembakkan proton pada target padat. Kedua jenis antipartikel ini diperlambat dengan sangat hati-hati dan kemudian digabungkan untuk menghasilkan antihidrogen.

Lolos dari jebakan

Eksperimen ALPHA-g dimulai dengan antihidrogen yang terperangkap secara magnetis di tengah silinder. Kemudian bidang perangkap diputar ke bawah, sehingga antiatom mulai keluar dari perangkap. Para pelarian ini menyerang dinding ruangan, di mana pemusnahan menciptakan kilatan cahaya di dalam detektor kilau. Tim mengamati sekitar 80% pemusnahan di bawah pusat perangkap, menunjukkan bahwa antiatom jatuh karena gravitasi setelah dilepaskan dari perangkap. Hal ini dikonfirmasi dengan mengulangi percobaan lebih dari belasan kali. Tim tidak mengamati 100% antiatom bergerak ke bawah karena gerakan termal partikel mengirim sebagian dari mereka ke atas dan mereka musnah sebelum bisa jatuh kembali – jelas juru bicara ALPHA-g Jeffrey Hangst, yang kuliah di Universitas Aarhus Denmark. Hangst memberi tahu Dunia Fisika bahwa percobaan ini konsisten adalah dengan jatuhnya antihidrogen.

Namun, ALPHA-g menemukan bahwa antiatom mengalami percepatan gravitasi bumi sekitar 0.75 percepatan yang dialami materi normal. Meskipun pengukuran ini memiliki signifikansi statistik yang rendah, namun hal ini menawarkan harapan yang menggiurkan bahwa fisikawan dapat segera menemukan perbedaan antara materi dan antimateri yang dapat mengarah pada fisika baru di luar Model Standar.

Pantai Graham dari Universitas Swansea di Inggris menceritakan Dunia Fisika bahwa hasil ALPHA-g tidak boleh ditafsirkan sebagai bukti bahwa respons antimateri berbeda dengan materi di medan gravitasi bumi.

“Setiap pengukuran [a discrepancy] akan sangat tidak terduga dan mungkin akan menunjukkan gaya kekuatan gravitasi jenis baru, mungkin gravifoton, tetapi sulit untuk melihat bagaimana hal ini bisa tetap tersembunyi dari eksperimen gravitasi presisi pada materi,” jelas Shore. , yang tidak terlibat dengan eksperimen ALPHA-g.

Namun, kita harus menunggu lebih banyak data dari eksperimen tersebut karena ALPHA-g telah dibongkar dan eksperimen spektroskopi telah dilakukan di CERN. Hangst dan rekan-rekannya saat ini sedang memperbaiki cacat desain yang diketahui pada magnet di ALPHA-g dan mencari cara bagaimana mereka dapat mendinginkan atom antihidrogen dengan laser untuk meningkatkan kinerja eksperimen.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Alam.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika