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

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?

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.

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.