Антиматерія не падає, показує експеримент CERN – Physics World

Антиматерія не «падає», а реагує на гравітаційне тяжіння Землі майже так само, як і звичайна матерія. До такого висновку прийшли фізики, які працюють над АЛЬФА-г експерименту в CERN, який здійснив перше пряме спостереження атомів антиматерії, що вільно падають.

Експеримент допомагає виключити ідею про те, що різниця в їхніх реакціях на гравітацію якось відповідає за той факт, що матерії у видимому Всесвіті набагато більше, ніж антиматерії. Однак вимірювання все ще залишає відкритою спокусливу, але дуже малоймовірну можливість того, що антиматерія та матерія дещо по-різному реагують на гравітацію.

Антиматерію вперше передбачили в 1928 році, а через чотири роки в лабораторії спостерігали перші частинки антиматерії – антиелектрони, або позитрони. Частинки антиматерії здаються ідентичними своїм аналогам матерії, але зі зміненими зарядом, парністю та часом. Поки що дослідження античастинок свідчать про те, що вони мають таку саму масу, як і їхні аналоги, і реагують на гравітацію однаково.

Вигнаний з поля зору

Ця подібність свідчить про те, що під час Великого вибуху антиматерія мала бути утворена в тій же кількості, що й матерія. Це суперечить тому, що ми знаємо про видимий Всесвіт, який, здається, містить набагато більше матерії, ніж антиматерії. У результаті фізики шукають тонкі способи відмінності антиматерії від матерії, тому що виявлення таких відмінностей може допомогти пояснити, чому матерія домінує над антиматерією.

Непрямі вимірювання впливу гравітації на антиматерію свідчать про те, що і матерія, і антиматерія однаково реагують на гравітацію. Однак труднощі роботи з антиматерією означали, що пряме спостереження антиматерії, яка вільно падає під дією земної гравітації, не було зроблено.

Хоча антиматерію можна виготовити в лабораторії, вона анігілює при контакті з речовиною в експериментальному приладі. Тож потрібно дуже ретельно накопичити антиматерію, щоб провести експеримент. За останнє десятиліття команда ALPHA з CERN вдосконалила магнітне захоплення антиматерії у високому вакуумі, щоб мінімізувати анігіляцію. Тепер вони створили пастку у високій циліндричній вакуумній камері під назвою ALPHA-g, яка дозволяє спостерігати, чи падає антиматерія вниз чи вгору.

Їхній експеримент передбачає заповнення камери атомами антиводню, кожен з яких містить антипротон і позитрон. Позитрони збираються з радіоактивного джерела, а антипротони створюються шляхом вистрілювання протонів у тверду мішень. Обидва типи античастинок дуже обережно сповільнюються, а потім об’єднуються для створення антиводню.

Втеча з пастки

Експеримент ALPHA-g починається з антиводню, захопленого магнітною пасткою в центрі циліндра. Потім поле захоплення набирається вниз, щоб антиатоми почали вислизати з пастки. Ці втікачі вдаряються об стінки камери, де анігіляція створює спалах світла в сцинтиляційному детекторі. Команда спостерігала близько 80% анігіляції під центром пастки, що свідчить про те, що антиатоми падають під дією сили тяжіння, коли вони вивільняються з пастки. Це було підтверджено повторенням експерименту більше десятка разів. Команда не спостерігала, як 100% антиатомів рухаються вниз, тому що тепловий рух частинок посилав деякі з них вгору, і вони анігілювали, перш ніж змогли повернутися назад, – пояснює представник ALPHA-g. Джеффрі Хангст, який працює в Орхуському університеті Данії. Хангст сказав Світ фізики що експеримент узгоджується з антиводнем, що падає вниз.

АЛЬФА зважує антиматерію

Однак ALPHA-g виявив, що антиатоми зазнали прискорення через земне тяжіння, яке становить приблизно 0.75 від прискорення нормальної матерії. Хоча це вимірювання має низьку статистичну значущість, воно дає спокусливу надію на те, що фізики незабаром зможуть виявити різницю між матерією та антиматерією, яка може вказати на нову фізику за межами Стандартної моделі.

Грем Шор розповідає британський університет Суонсі Світ фізики що результат ALPHA-g не слід інтерпретувати як доказ того, що антиматерія реагує інакше, ніж речовина в гравітаційному полі Землі.

«Будь-яке вимірювання [невідповідності] було б надзвичайно несподіваним і, ймовірно, вказувало б на новий тип гравітаційної сили, можливо, гравіфотон, але важко зрозуміти, як це могло залишитися прихованим від точних гравітаційних експериментів з речовиною», — пояснює Шор. , який не брав участі в експерименті ALPHA-g.

Однак нам доведеться почекати на додаткові дані експерименту, оскільки ALPHA-g було демонтовано, а на його місці в CERN було розміщено спектроскопічний експеримент. Зараз Хангст і його колеги виправляють відомий недолік конструкції магніту в ALPHA-g і розробляють, як вони можуть лазерно охолодити атоми антиводню, щоб покращити продуктивність експерименту.

Дослідження описано в природа.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/antimatter-does-not-fall-up-cern-experiment-reveals/