Перше пряме спостереження падіння атомів антиводню під дією земної гравітації виявило, що вона впливає на них так само, як і на звичайну матерію. Відкриття, яке здійснила колаборація фізиків ALPHA, свідчить, що антигравітації не існує. Тепер, підтвердивши це, вчені зможуть працювати над перевіркою слабкого принципу еквівалентності — фундаментального твердження загальної теорії відносності. Про дослідження розповідає журнал Nature, у якому фізики опублікували результати експерименту.
Експериментальна установка ALPHA. СERN
Навіщо знати вплив гравітації на антиматерію?
Стандартна модель фізики елементарних частинок свідчить, що відмінність між частинками й античастинками полягає лише у протилежних зарядах. Тобто атом водню, що складається з позитивно зарядженого протона і негативно зарядженого електрона, має мати таку саму масу й гравітаційне прискорення, як і атом антиводню, що складається з негативно зарядженого антипротона і позитивно зарядженого позитрона (античастинка електрона). Цього вимагає загальна теорія відносності й Стандартна модель елементарних частинок.
Фізики досліджують антиматерію, щоб з'ясувати, чи існує асиметрія між властивостями матерії та антиматерії. Якщо її знайдуть, це може пояснити, чому у Всесвіті майже немає антиматерії, хоча під час Великого вибуху її мало утворитися стільки ж, скільки й матерії. Один із експериментів у цьому напрямку провели фізики з ALPHA, що працюють із уповільнювачем антипротонів у Європейській організації з ядерних досліджень (CERN). Вони напряму поспостерігати вільне падіння антиматерії, перевіривши, як гравітація впливає на матерію і антиматерію.
Як вимірювали вплив гравітації на антиматерію?
На своїй установці фізики утримували у магнітній пастці близько ста охолоджених до -273,15 градуса Цельсія атомів антиводню. Їх повільно, протягом 20 секунд, звільняли, послаблюючи вплив у верхньому та нижньому магнітах пастки. За розрахунками вчених, якщо гравітація однаково впливає на антиводень, як і на матерію, то 20 відсотків атомів мали вийти через верхню частину пастки, а решта — через нижню. Статистичний аналіз звільнених атомів, які фізики виявляли за енергією, яка вивільнилась під час анігіляції антиводню зі звичайною матерією, підтвердив здогадку.
Що означає результат?
Експеримент фізиків показав, що атоми антиводню, вивільнені з пастки, поводяться відповідно до гравітаційного тяжіння Землі, виключаючи зокрема вплив антигравітації — сили, що змушує антиматерію не притягувати іншу антиматерію, а відштовхувати її. Цю силу передбачали різноманітні теорії, які пояснювали розподіл антиматерії у Всесвіті. Тепер, коли у фізиків є спростування цієї ідеї, вони продовжать працювати над дослідженням звичайної гравітації, перевіряючи передбачення загальної теорії відносності зокрема для антиматерії.
- Фізики з колаборації ALPHA також стали першими в охолодженні антиводню лазером. Завдяки цьому вони змогли ловити більше антиматерії у магнітні пастки та проводити більше експериментів.