Одна из самых странных загадок физики состоит в том, почему антиматерии так мало в нашем мире. Чтобы найти ответ на этот вопрос, ученые пытаются выявить различия между свойствами материи и антиматерии. Одно из таких свойств — это реакция на гравитацию. Мы знаем, что гравитация притягивает материю к центру массы, но как она действует на антиматерию? Падает ли она вниз или вверх? Или может быть, она не подвержена гравитации вообще?
Долгое время эти вопросы оставались без ответа, потому что антиматерию очень сложно создать и удержать. Она существует только в космосе или в специальных ускорителях частиц, где она быстро аннигилирует при контакте с материей. Однако недавно ученым из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) удалось провести уникальный эксперимент, который позволил измерить гравитационное поведение атомов антиводорода — самых простых атомов антиматерии.
На данный момент у нас нет объяснения, где находится вся антиматерия во Вселенной. Чтобы найти решение для этой загадки, мы проверяем физические свойства антиматерии, чтобы найти несоответствие
— соавтор исследования Роберт Томпсон из университета Калгари в Канаде.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, физики обнаружили, что атомы антиводорода падают вниз под действием гравитации так же, как и атомы обычного водорода. Это открытие подтверждает предсказания общей теории относительности Эйнштейна и опровергает гипотезу об отталкивающей «антигравитации» для антивещества.
Для проведения эксперимента ученые использовали новый прибор ALPHA-g, который позволяет создавать, замедлять и захватывать нейтральные атомы антиводорода в магнитном поле при очень низких температурах. Затем они освобождали эти атомы в вертикальный канал и наблюдали за их движением при свободном падении. При этом исследователи измеряли различные параметры атомов, такие как заряд, спин и спектр.
Физик делает настройку детектора частиц, который окружает антиводородную ловушку
Мы показываем, что атомы антиводорода, высвобожденные из магнитной ловушки в аппарате ALPHA-g, ведут себя таким образом, что соответствуют притяжению Земли
— Роберт Томпсон.
Участники эксперимента оценивают, что гравитационное ускорение для антиводорода на поверхности Земли составляет около 9,8 м/с² (1 g), с небольшим отклонением в пределах 25% (одно стандартное отклонение) от этого значения. Это означает, что антиматерия оказывается подвержена гравитации так же, как и обычная материя. Антиматерия не левитирует и не падает вверх, как некоторые теоретики предполагали. Ее движение определяется законами гравитационного взаимодействия и она падает вниз, притягиваемая Землей.
Этот эксперимент представляет собой историческое событие и является первым непосредственным наблюдением за гравитационным воздействием на антиматерию. Он открывает новые возможности для глубокого изучения антиматерии и ее физических свойств. Ученые собираются повторить эксперимент, используя значительно большее количество атомов антиводорода, чтобы получить более точные и достоверные результаты. Это позволит подтвердить или уточнить текущие данные и проверить другие гипотезы, связанные с взаимодействием антиматерии с гравитацией.
Мы знаем, что где-то есть проблема в квантовой механике и гравитации. Мы просто не знаем, что это. Было много догадок о том, что произойдет, если вы бросите антиматерию, но это никогда не проверялось раньше из-за ее сложности в производстве и слабости гравитации
— соавтор исследования Тимоти Фризен из Университета Калгари.
Согласно ученым, новое открытие позволяет проводить более точные исследования ускорения анти-атомов под влиянием гравитационной силы Земли. Результаты этого исследования имеют значительное значение для понимания физических процессов во Вселенной. Они помогут разгадать одну из ключевых загадок — почему во Вселенной преобладает обычная материя, а антиматерия встречается гораздо реже.
