Антиматерія падає вниз

Дослідники ЦЕРНу довели, що антиматерія притягується гравітацією, що виключає гравітаційне відштовхування як причину відсутності антиматерії у Всесвіті.

У новому експерименті дослідники з міжнародної колаборації ALPHA (Антиводневий лазерний фізичний апарат) в ЦЕРНі в Швейцарії спостерігали за траєкторією падіння окремих атомів антиводню. Результати експерименту, опубліковані в журналі Nature, показали, що антиматерія падає вниз, як і звичайна матерія.

Це відкриття підтверджує, що антиматерія і звичайна матерія взаємодіють з гравітацією однаково. Воно також виключає гравітаційне відштовхування як причину того, чому антиматерія в основному відсутня у спостережуваному Всесвіті.

«Наші результати показують, що антиматерія і звичайна матерія підкоряються одним і тим же законам гравітації», — сказав Джонатан Вуртелле, фізик плазми Каліфорнійського університету в Берклі і учасник колаборації ALPHA. «Це важливе відкриття, оскільки воно допомагає нам краще зрозуміти природу антиматерії».

Антиматерія є двійником звичайної матерії, хоча і з деякими протилежними властивостями. Наприклад, антипротони мають негативний заряд, тоді як протони — позитивний. Антиелектрони (також відомі як позитрони) мають позитивний заряд, тоді як електрони — негативний.

Однак, мабуть, найскладнішим для експериментаторів є те, що «як тільки антиматерія торкається матерії, вона вибухає», — каже Джоел Фаджанс, учасник колаборації ALPHA і фізик плазми Каліфорнійського університету в Берклі.

Об’єднана маса матерії та антиматерії повністю перетворюється на енергію в результаті реакції, настільки потужної, що вчені називають її анігіляцією.

Для експерименту ALPHA антиводень містився у високій циліндричній вакуумній камері зі змінною магнітною пасткою, яка отримала назву ALPHA-g. Вчені зменшували напруженість верхнього і нижнього магнітних полів пастки до тих пір, поки атоми антиводню не змогли вилетіти і відносно слабкий вплив гравітації не став очевидним.

Коли кожен атом антиводню виходив з магнітної пастки, він торкався стінок камери над або під пасткою і анігілював, що вчені могли виявити і порахувати.

Дослідники повторили експеримент більше десятка разів, змінюючи напруженість магнітного поля у верхній і нижній частині пастки, щоб виключити можливі помилки. Вони помітили, що коли ослаблені магнітні поля були точно збалансовані зверху і знизу, близько 80% атомів антиводню анігілювали під пасткою — результат узгоджується з тим, як поводилася б хмара звичайного водню за тих же умов.

Таким чином, гравітація змушувала антиводень падати вниз.

Це відкриття має важливі наслідки для розуміння природи Всесвіту. Воно підтверджує, що антиматерія і звичайна матерія підкоряються одним і тим же законам гравітації, що є однією з основ сучасної фізики. Крім того, це виключає гравітаційне відштовхування як причину відсутності антиматерії у Всесвіті.

Дослідники колаборації ALPHA продовжать досліджувати природу антиводню. На додаток до вдосконалення своїх вимірювань впливу гравітації, вони також вивчають, як антиводень взаємодіє з електромагнітним випромінюванням за допомогою спектроскопії.

Нещодавно вчені з Університету Сіднея вперше використали квантовий комп’ютер для моделювання та безпосереднього спостереження процесу, критично важливого для хімічних реакцій, сповільнивши його у 100 мільярдів разів.