Phản vật chất không rơi lên, thí nghiệm CERN tiết lộ

Phản vật chất không rơi lên, thí nghiệm CERN tiết lộ

Dấu thời gian: Ngày 27 tháng 2023 năm 11 30:XNUMX AM

Máy nhấp nháy thùng
Đi xuống: Máy nhấp nháy thùng ALPHA-g đang được lắp ráp tại CERN. (Ảnh: CERN)

Phản vật chất không “rơi xuống”, mà phản ứng với lực hấp dẫn của Trái đất theo cách giống như vật chất thông thường. Đó là kết luận của các nhà vật lý nghiên cứu về ALPHA-g thí nghiệm tại CERN, người đã thực hiện quan sát trực tiếp đầu tiên về các nguyên tử phản vật chất rơi tự do.

Thí nghiệm giúp bác bỏ ý kiến ​​cho rằng sự khác biệt trong phản ứng của chúng với lực hấp dẫn bằng cách nào đó chịu trách nhiệm cho thực tế là có nhiều vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ nhìn thấy được. Tuy nhiên, phép đo vẫn để ngỏ khả năng trêu ngươi, nhưng rất khó xảy ra, là phản vật chất và vật chất phản ứng hơi khác nhau với lực hấp dẫn.

Phản vật chất được dự đoán lần đầu tiên vào năm 1928 và bốn năm sau, các hạt phản vật chất đầu tiên – phản electron, hay positron – được quan sát thấy trong phòng thí nghiệm. Các hạt phản vật chất dường như giống hệt với các hạt vật chất của chúng, nhưng có điện tích, tính chẵn lẻ và thời gian đảo ngược. Cho đến nay, các nghiên cứu về phản hạt cho thấy rằng chúng có cùng khối lượng với các phản hạt và chúng phản ứng với lực hấp dẫn theo cách giống nhau.

Bị trục xuất khỏi tầm mắt

Sự giống nhau này gợi ý rằng phản vật chất lẽ ra phải được tạo ra với số lượng bằng với vật chất trong Vụ nổ lớn. Điều này trái ngược với những gì chúng ta biết về vũ trụ hữu hình, vũ trụ dường như chứa nhiều vật chất hơn phản vật chất. Kết quả là, các nhà vật lý đang tìm kiếm những cách tinh tế để phân biệt phản vật chất với vật chất, bởi vì việc tìm ra những khác biệt như vậy có thể giúp giải thích tại sao vật chất chiếm ưu thế hơn phản vật chất.

Các phép đo gián tiếp về tác dụng của lực hấp dẫn lên phản vật chất cho thấy rằng cả vật chất và phản vật chất đều phản ứng theo cách giống nhau đối với lực hấp dẫn. Tuy nhiên, những khó khăn khi làm việc với phản vật chất có nghĩa là việc quan sát trực tiếp phản vật chất rơi tự do dưới lực hấp dẫn của Trái đất đã không được thực hiện.

Mặc dù phản vật chất có thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm nhưng nó sẽ bị hủy khi tiếp xúc với vật chất trong thiết bị thí nghiệm. Vì vậy phải hết sức cẩn thận để tích lũy đủ phản vật chất để thực hiện một thí nghiệm. Trong thập kỷ qua, nhóm ALPHA tại CERN đã hoàn thiện việc bẫy từ tính của phản vật chất trong chân không cao để giảm thiểu sự hủy diệt. Giờ đây, họ đã tạo ra một cái bẫy bên trong buồng chân không hình trụ cao gọi là ALPHA-g, cho phép họ quan sát xem phản vật chất rơi xuống hay hướng lên trên.

Thí nghiệm của họ bao gồm việc lấp đầy căn phòng bằng các nguyên tử phản hydro – mỗi nguyên tử gồm một phản proton và một positron. Các positron được thu thập từ nguồn phóng xạ và các phản proton được tạo ra bằng cách bắn các proton vào một mục tiêu rắn. Cả hai loại phản hạt đều được làm chậm lại rất cẩn thận rồi kết hợp với nhau để tạo ra phản hydro.

Thoát khỏi bẫy

Thí nghiệm ALPHA-g bắt đầu với phản hydro bị mắc kẹt từ tính ở trung tâm của hình trụ. Sau đó, trường bẫy được giảm xuống để các phản nguyên tử bắt đầu thoát khỏi bẫy. Những kẻ trốn thoát này tấn công các bức tường của căn phòng, nơi sự hủy diệt tạo ra một tia sáng bên trong máy dò nhấp nháy. Đội nghiên cứu đã quan sát thấy khoảng 80% sự hủy diệt ở bên dưới tâm bẫy, cho thấy rằng các phản nguyên tử rơi dưới tác dụng của trọng lực một khi được thả ra khỏi bẫy. Điều này đã được xác nhận bằng cách lặp lại thí nghiệm hơn chục lần. Người phát ngôn của ALPHA-g giải thích: Nhóm nghiên cứu đã không quan sát thấy 100% phản nguyên tử chuyển động đi xuống vì chuyển động nhiệt của các hạt đã đẩy một số phản nguyên lên trên và chúng bị hủy diệt trước khi có thể rơi trở lại lần nữa – người phát ngôn của ALPHA-g giải thích Jeffrey Hangst, đang học tại Đại học Aarhus của Đan Mạch. Hangst đã nói Thế giới vật lý rằng thí nghiệm phù hợp là phản hydro rơi xuống.

Tuy nhiên, ALPHA-g phát hiện ra rằng các phản nguyên tử trải qua một gia tốc do lực hấp dẫn của Trái đất bằng khoảng 0.75 so với lực hấp dẫn của vật chất bình thường. Mặc dù phép đo này có ý nghĩa thống kê thấp nhưng nó mang lại hy vọng lớn lao rằng các nhà vật lý có thể sớm khám phá ra sự khác biệt giữa vật chất và phản vật chất, điều có thể hướng tới nền vật lý mới ngoài Mô hình Chuẩn.

Bờ Graham của Đại học Swansea ở Anh cho biết Thế giới vật lý rằng kết quả ALPHA-g không nên được hiểu là bằng chứng cho thấy phản vật chất phản ứng khác với vật chất trong trường hấp dẫn của Trái đất.

Shore giải thích: “Bất kỳ phép đo nào về [sự khác biệt] sẽ vô cùng bất ngờ và có thể chỉ ra một loại lực hấp dẫn mới, có thể là graviphoton, nhưng thật khó để thấy làm thế nào điều này có thể được giấu kín khỏi các thí nghiệm hấp dẫn chính xác trên vật chất”. , người không tham gia vào thí nghiệm ALPHA-g.

Tuy nhiên, chúng ta sẽ phải chờ thêm dữ liệu từ thí nghiệm vì ALPHA-g đã được tháo dỡ và một thí nghiệm quang phổ học đã được đặt vào vị trí của nó tại CERN. Hangst và các đồng nghiệp của ông hiện đang sửa một lỗi thiết kế đã biết trong nam châm ở ALPHA-g và tìm ra cách họ có thể làm mát bằng laser các nguyên tử phản hydro để cải thiện hiệu suất của thí nghiệm.

Nghiên cứu được mô tả trong Thiên nhiên.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý