В первом в своем роде эксперименте ученые сбросили атомы антиводорода и наблюдали, как они падают, показав, что гравитация притягивает антиматерию к Земле, а не отталкивает ее.
Исследование подтверждает один из основных принципов общей теории относительности Эйнштейна, известный как принцип слабой эквивалентности. Согласно этому принципу, гравитация действует на каждый объект одинаково, независимо от того, из чего он сделан. «Эта концепция лежит в основе нашего понимания гравитации», — говорит физик Руджеро Каравита.
Антиматерия — это зеркальное отражение материи, несущее противоположный электрический заряд, но ту же массу. Например, античастица электрона — это положительно заряженная частица, называемая позитроном. Альтер-эго протона — это отрицательно заряженный антипротон и так далее.
Большинство физиков не воспринимали всерьез идею о том, что антивещество может падать вверх, а не вниз, говорит Джеффри Хангст из Орхусского университета в Дании. Но учёным никогда раньше не удавалось напрямую проверить это.
«Антиматерия в некотором роде загадочна… поэтому мы хотим фактически подтвердить это поведение», — говорит Хангст, представитель коллаборации «Антиводородный лазерный физический аппарат» или АЛЬФА, которая сообщила о новом результате.
Результаты, описанные в журнале Nature от 28 сентября, демонстрируют растущий контроль ученых над антивеществом и, в частности, антиводородом. Антиматерия — коварное вещество, с которым сложно работать. Если он касается чего-либо, состоящего из материи — стенок контейнера для хранения или молекул воздуха — он быстро аннигилирует. По словам Хангста, потребовались десятилетия работы, чтобы вообще измерить какое-либо влияние гравитации на антивещество.
В эксперименте, проведенном в европейской лаборатории ЦЕРН недалеко от Женевы, ученые захватили атомы антиводорода сильными магнитными полями. Эти атомы антиводорода были созданы путем смешивания антипротонов, созданных в ЦЕРНе, с позитронами из радиоактивного источника.
Затем исследователи выпустили антиводород из магнитной клетки, подсчитав, сколько атомов поднялось вверх, а сколько опустилось. Если гравитация одинаково относится к антиматерии и материи, большинство атомов должно упасть вниз, а некоторые взлететь вверх из-за первоначальных столкновений атомов. Это именно то, что обнаружили исследователи.
Исследователи удерживали атомы антиводорода внутри аппарата АЛЬФА-g с помощью магнитных полей. Команда измерила, как атомы падали при высвобождении. Когда антиматерия вырвалась, она ударилась о стенки аппарата и аннигилировала. Исследователи подсчитали, сколько атомов поднялось и опустилось, обнаружив эти аннигиляции, как показано на этой анимации. Большинство атомов упало, подтвердив, что гравитация притягивает антиматерию к Земле, а не отталкивает ее.
