Антигравітацію спростовано: антиматерія реагує на гравітацію, так само як матерія

Антиматерія інтригувала і бентежила фізиків протягом майже століття, а вплив гравітації на антиматерію був предметом розбіжностей. Нове дослідження, можливо, вирішило дискусію, виявивши, що на атоми антиводню, аналоги водню антиматерії, впливає гравітація, так само як і на їхні еквіваленти матерії, що виключає існування відштовхувальної «антигравітації».

У сімнадцятому столітті Ісаак Ньютон запропонував свою теорію гравітації після того, як спостерігав, як яблуко падає з дерева, і запитав, чому воно впало прямо вниз, а не набік чи вгору. Століттями пізніше Альберт Ейнштейн розробив свою загальну теорію відносності, яка залишається найбільш успішним і перевіреним описом гравітації. Однак антиматерія була невідома Ейнштейну.

У 1928 році британський фізик Пол Дірак висунув теорію про те, що для кожної частинки існує відповідна античастинка, передбачивши існування позитрона або антиелектрона, який вперше був помічений у 1932 році. Відтоді було багато припущень про взаємодію між гравітацією та і антиматерію, дехто стверджує, що антиматерія відштовхується силою тяжіння, а інші, що вона притягується.

Нове дослідження, проведене співробітництвом Antihydrogen Laser Physics Apparate (ALPHA) Європейської організації ядерних досліджень (CERN), можливо, вирішило суперечку, виявивши, що атоми антиводню, аналога водню з антиматерії, падають на Землю, так само як їхні еквіваленти матерії.

«У фізиці ви нічого не знаєте, поки не спостерігаєте за цим», — сказав Джеффрі Хангст, автор дослідження. «Це перший прямий експеримент, який фактично спостерігає вплив гравітації на рух антиматерії. Це віха у вивченні антиматерії, яка все ще загадує нас через її очевидну відсутність у Всесвіті».

Експеримент ALPHA пов’язаний зі створенням, захопленням і вивченням атомів антиводню в пристрої для захоплення. Атоми антиводню є електрично нейтральними та стабільними частинками антиматерії, що робить їх ідеальними для вивчення гравітаційної поведінки антиматерії. Антиводень створюється шляхом поєднання двох компонентів античастинок, антипротонів і позитронів. Антипротон — субатомна частинка з такою ж масою, що й протон, але з негативним електричним зарядом.

Команда ALPHA нещодавно побудувала вертикальний апарат під назвою ALPHA-g, де «g» позначає локальне прискорення сили тяжіння, яке для матерії становить 32,2 фута/с² (9,81 м/с²). ALPHA-g дозволяє вимірювати вертикальні позиції, в яких атоми антиводню зустрічаються з відповідним їм матеріалом – процес, який називається анігіляцією – коли магнітне поле пастки вимикається, що дозволяє атомам вирватися.

Дослідники вловили групи з приблизно 100 атомів антиводню, по одній групі за раз. Потім вони повільно вивільняли атоми протягом 20 секунд, поступово зменшуючи струм у верхньому та нижньому магнітах-пастках. Комп’ютерне моделювання передбачало, що 20% атомів вийдуть через верхню частину пастки, а 80% – через нижню; ця різниця спричинена дією сили тяжіння вниз. Усереднюючи результати семи випробувань випуску, дослідники виявили, що фракції антиатомів, які виходять через верх і низ, узгоджуються з моделюванням. Тобто атоми антиводню падали, так само як і атоми водню під дією 1 г або нормальної сили тяжіння.

Використовуючи апарат ALPHA-g, дослідники ефективно відтворили знаменитий гравітаційний експеримент Галілея. Згідно з легендою, італійський вчений скинув залізні кулі різної ваги з вершини Пізанської вежі, і вони приземлилися одночасно, показавши, що гравітація змушує об’єкти з різною масою падати з однаковим прискоренням.

Хоча дослідники кажуть, що їхні висновки виключають існування відразливої ​​«антигравітації», поточне дослідження знаменує собою лише початок детальних прямих досліджень гравітаційної природи антиматерії.

«Нам знадобилося 30 років, щоб навчитися створювати цей антиатом, тримати його та контролювати настільки добре, щоб ми могли скинути його таким чином, щоб він був чутливим до сили тяжіння», Хангст сказав. «Наступним кроком є ​​вимірювання прискорення якомога точніше. Ми хочемо перевірити, чи справді матерія та антиматерія падають однаково».

Дослідження було опубліковано в журналі Nature, а в наведеному нижче відео, створеному CERN, Джеффрі Хангст пояснює, як працює ALPHA-g, причини та результати експериментів із гравітацією антиматерії.