Європейська фізична лабораторія CERN оголосила, що вчені вперше спостерігали, як частинки антиматерії — таємничі двійники видимої матерії навколо нас — падають вниз під дією гравітації. Експеримент був названий «величезною віхою», хоча більшість фізиків очікували результату, і він був передбачений теорією відносності Ейнштейна 1915 року.
Це остаточно виключає те, що гравітація відштовхує антиматерію вгору — відкриття, яке перевернуло б наше фундаментальне розуміння Всесвіту. Приблизно 13,8 мільярда років тому Великий вибух, як вважають, породив однакову кількість матерії — з чого складається все, що ви бачите, — і антиматерії, її рівного, але протилежного аналога.
Однак у Всесвіті практично немає антиматерії, що спонукало до однієї з найбільших таємниць фізики: що сталося з усією антиматерією?
«Відсутня половина Всесвіту», — сказав Джеффрі Хангст, член колаборації ALPHA CERN у Женеві, яка проводила новий експеримент. «В принципі, ми могли б побудувати всесвіт — усе, про що ми знаємо — лише з антиматерії, і це працювало б точно так само», — сказав він AFP.
Фізики вважають, що матерія та антиматерія дійсно зустрілися та майже повністю знищили одна одну після Великого вибуху. Проте зараз матерія становить майже п’ять відсотків Всесвіту — решта — ще менш вивчена темна матерія та темна енергія, тоді як антиматерія зникла.
Яблуко Ньютона злітає вгору?
Одним із ключових невирішених питань щодо антиматерії було те, чи спричинила гравітація її падіння, так само як звичайна матерія. Хоча більшість фізиків вважали, що так, деякі припускали протилежне.
Відоме падіння яблука надихнуло Ісаака Ньютона на роботу про гравітацію, але якби це яблуко було зроблено з антиматерії, чи злетіло б воно в небо? І якби гравітація справді відштовхувала антиматерію, це могло б означати, що можливі такі неможливі, як вічний двигун.
«То чому б не скинути трохи і подивитися, що станеться?» Хангст сказав.
Він порівняв цей експеримент із відомою — хоча ймовірно апокрифічною — демонстрацією Галілея в 16 столітті, що дві кулі різної маси, впущені з Пізанської вежі, падали б з однаковою швидкістю. Але цей експеримент — результат 30 років роботи над антиматерією в CERN — був «трохи складнішим», ніж експеримент Галілея, сказав Хангст.
Одна з проблем полягала в тому, що антиматерія майже не існує за межами рідкісних, короткоживучих частинок у космосі. Проте в 1996 році вчені CERN виготовили перші атоми антиматерії — антиводню. Інша проблема полягала в тому, що, оскільки матерія та антиматерія мають протилежний електричний заряд, у момент зустрічі вони знищують одна одну у яскравому спалаху енергії, який вчені називають анігіляцією.
Магнітна пастка
Щоб вивчити вплив гравітації на антиматерію, команда ALPHA сконструювала пляшку довжиною 25 сантиметрів (10 дюймів), розміщену на її кінці, з магнітами вгорі та внизу. Наприкінці минулого року вчені помістили близько 100 дуже холодних атомів антиводню в цю «магнітну пастку» під назвою ALPHA-g.
Коли вони зменшили силу обох магнітів, частинки антиводню, які підстрибували зі швидкістю 100 метрів на секунду, змогли вирватися з обох кінців пляшки.
Тоді вчені просто підрахували, скільки антиматерії було знищено на кожному кінці пляшки. Приблизно 80 відсотків антиводню вийшло з дна, що є подібною швидкістю до того, як поводилися б звичайні атоми водню, які підстрибують, якби вони були в пляшці. Цей результат, опублікований в журналі Nature , показує, що гравітація змушує антиматерію падати вниз, як передбачала теорія відносності Ейнштейна 1915 року.
У більш ніж дюжині експериментів вчені CERN змінювали силу магнітів, спостерігаючи вплив гравітації на антиматерію з різною швидкістю. Хоча експеримент виключає те, що гравітація змушує антиводень підійматися вгору, Хангст підкреслив, що це не доведено, що антиматерія поводиться точно так само, як звичайна матерія.
«Це наше наступне завдання», — сказав він.
Марко Герсабек, фізик, який працює в CERN, але не брав участі в дослідженні ALPHA, сказав, що це «велика віха». Але це знаменує собою «лише початок ери» більш точних вимірювань впливу гравітації на антиматерію, сказав він AFP. Інші спроби краще зрозуміти антиматерію включають використання Великого адронного колайдера CERN для дослідження дивних частинок, які називаються кварками краси.
І на борту Міжнародної космічної станції проводиться експеримент, який намагається вловити антиматерію в космічних променях. Але наразі, чому саме Всесвіт наповнений матерією, але позбавлений антиматерії, «залишається загадкою», сказав фізик Гаррі Кліфф. Оскільки обидва мали повністю знищити один одного в ранньому Всесвіті, «той факт, що ми існуємо, говорить про те, що відбувається щось, чого ми не розуміємо», додав він. Джерело
