Ученые изучили подверженность антиматерии гравитационному воздействию, и результат никого не удивил

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Оффтопик

Антиматерия — это одна из самых загадочных и удивительных «сущностей» во Вселенной. Она состоит из частиц, которые имеют противоположный заряд и другие свойства по отношению к обычной материи. Когда антиматерия встречается с материей, они аннигилируют друг друга, высвобождая огромное количество энергии. Но как антиматерия реагирует на гравитацию? Падает ли она вниз, как обычная материя, или вверх, как некоторые ученые предполагали?

Так нейросеть представляет себе антиматерию
Автор: Bing image creator

Этот вопрос долгое время оставался без ответа, так как очень сложно создавать и хранить антиматерию в лабораторных условиях. Антиматерия образуется при высокоэнергетических столкновениях частиц, но быстро исчезает при контакте с окружающей средой. Для того, чтобы изучать ее свойства, необходимо уметь замедлять, охлаждать и удерживать античастицы в специальных «ловушках».

Такую возможность предоставил эксперимент ALPHA-g на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе, лаборатории физики высоких энергий недалеко от Женевы в Швейцарии. Ученые из этого проекта смогли создать и измерить гравитационное поведение атомов антиводорода — простейшего антиатома, состоящего из антипротона и позитрона (антиэлектрона).

Для этого они использовали серию вертикально расположенных камер, в которых позитроны из радиоактивного источника и антипротоны из ускорителя частиц замедлялись и охлаждались до температуры близкой к абсолютному нулю. Затем эти два типа античастиц объединялись в одной камере, образуя около 20 нейтральных атомов антиводорода каждые 4 минуты. Эти атомы удерживались в пространстве мощными магнитными полями.

Затем ученые постепенно ослабляли магнитные поля сверху и снизу камеры в течение 20 секунд и подсчитывали количество атомов, выходящих в обоих направлениях. Таким образом, они могли определить скорость падения атомов под действием гравитации.

Результаты эксперимента показали, что антиматерия падает вниз, под силой гравитации, как обычная материя. При этом точность измерений была достаточно высокая, чтобы исключить возможность нефиксации факта того, что антиматерия падает вверх или не подвержена гравитации вовсе. Однако остается небольшая неопределенность, которая позволяет предполагать, что антиматерия падает немного медленнее, либо быстрее, чем обычная материя. А если точнее, то если усреднённо g=9.81м/с², то фиксируемые результаты ускорения свободного падения антиматерии варьировались от 0.46g до 1.04g.

Все авторские правда принадлежат изданию New Scientist

Это может означать, что существуют некоторые различия в гравитационном взаимодействии материи и антиматерии, которые нарушают общую теорию относительности Эйнштейна. По этой теории, все объекты с одинаковой массой должны иметь одинаковый вес — то есть испытывать одинаковое гравитационное ускорение. Это принцип эквивалентности, который лежит в основе нашего понимания гравитации.

Если же этот принцип нарушается для антиматерии, это может открыть дверь к новой физике, которая объяснит одну из самых больших загадок космологии — почему Вселенная состоит почти исключительно из материи, хотя при Большом взрыве должно было образоваться равное количество материи и антиматерии. Возможно, что в ранней Вселенной существовало некоторое асимметричное взаимодействие между ними, которое привело к доминированию материи.

Для того, чтобы проверить эту гипотезу, ученые планируют провести более точные измерения гравитационного поведения антиматерии в будущем. Они также хотят изучить другие свойства антиатомов, такие как спектры излучения и рассеяния света. Это поможет им сравнить антиматерию с материей на более фундаментальном уровне и выявить возможные отклонения от стандартной модели частиц.

Антиматерия — это не только научная фантастика, но и реальный объект исследования. Она может дать нам ключ к пониманию природы Вселенной и ее эволюции. Но для этого нам нужно научиться создавать, хранить и измерять ее с высокой точностью и надежностью. Эксперимент ALPHA-g — это важный шаг на этом пути.

9 комментариев

Добавить комментарий

i
Гордон Фримен, вернись — у тебя есть много дел!
a
«По этой теории, все объекты с одинаковой массой должны иметь одинаковый вес — то есть испытывать одинаковое гравитационное ускорение. Это принцип эквивалентности, который лежит в основе нашего понимания гравитации.»
А что делать безмассовым фотонам? А ведь доказано, что на них гравитация действует. Собственно, это был первый эксперимент для проверки ОТО — наблюдение отклонения света солнцем.
Еще одна тонкость — авторы эксперимента сказали, что будут повышать точность, а пока статистики маловато для окончательных выводов.
Fracta1L
А что делать безмассовым фотонам?

Невозмутимо летать по прямым в искривлённом пространстве-времени.
Eldarado
Антиматерия имеет «противоположный» электрический заряд и только. Если бы существовала антиматерия с «отрицательной» массой, тогда она бы иначе реагировала на гравитацию. Но отрицательная масса означает, «инвертирование» искривления пространства-времени, а это невозможно — гора не может быть ямой, если мы не в Японии.
a
Не только электрический, но и другие квантовые числа. Но есть и частицы, которые не имеют античастиц (истинно нейтральные частицы) — те же фотоны и Z-бозоны, говорят, что и гравитоны тоже. А у нейтрона или нейтрино, которые не имеют электрического заряда, имеется антинейтрон и антинейтрино.
Fracta1L
отрицательная масса означает, «инвертирование» искривления пространства-времени

Нэт. По современным представлениям, за массу отвечает поле Хиггса, так что отрицательная масса это просто взаимодействие с полем Хиггса «навыворот».
Eldarado
А как поле Хиггса взаимодействует с гравитацией?
a
Через массу бозона Хиггса, которая как-то там определяется теоретически и достаточно точно измерена экспериментально.
a
Не так. Поле Хиггса отвечает только за массу калибровочных бозонов (разного сорта суперсимметрии я не беру, их слишком много и они слишком разные). Нарушение симметрии SU(2)xU(1) до U(1) через хиггсовский механизм приводит к появлению массы только у калибровочных бозонов, отвечающих за слабое взаимодействие, остаточная симметрия соответствует фотону, который остается безмассовым. Масса фермионов в стандартной модели вводится через потенциал Юкавы.
Если гипотетический гравитон будет истинно нейтральным подобно фотону (пока так во всех теориях), ему наплевать на тип частицы/античастицы — взаимодействие будет одинаковым для тех и других.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор и разборка тепловизора FNIRSI TDM-120: Полноценный прибор с сенсорным экраном дешевле мобильного модуля

Тепловизоры долгое время были уделом профессионалов с соответствующими бюджетами. Flir, Hikmicro, UNI-T — приличные устройства стоят от нескольких сотен евро и выше. Но китайский рынок...

✦ ИИ  «Ходячая пальма» Socratea exorrhiza: реальная биомеханика и системные ошибки в архитектуре

Тропический дождевой лес — это экосистема с экстремальной конкуренцией за ресурсы, где главным дефицитом является солнечный свет. До нижнего яруса доходит всего около 1-2% солнечной...

✦ ИИ  Почему у Земли есть Северная полярная звезда, но нет Южной

Различие в наличии звезды, указывающей на полюс, в Северном и Южном полушариях обусловлено астрономическими факторами: расположением звёзд касательно полюсов и циклическим смещением оси планеты....

Собаки для квартиры: 8 пород, которые легче всего адаптируются к жизни в городе

Выбор собаки для квартиры — это не только вопрос размера. Часто решающими становятся темперамент, уровень энергии, склонность к лаю и даже то, насколько спокойно собака переносит...

✦ ИИ  Бойлер или проточный нагреватель: реальное энергопотребление и скрытые расходы

Выбор между накопительным бойлером и проточным водонагревателем часто сопровождается маркетинговыми обещаниями о «50% экономии энергии». Однако с точки зрения физики оба прибора выполняют...