Matter je podvržen gravitacijski privlačnosti. Einsteinova splošna teorija relativnosti je napovedala, da bi tudi antimaterija padla na Zemljo na enak način. Vendar do zdaj ni bilo neposrednih eksperimentalnih dokazov, ki bi to dokazovali. Eksperiment ALPHA v CERN-u je prvi neposredni eksperiment, s katerim so opazovali učinek teža o gibanju antimaterije. Ugotovitve so izključile odbojno 'antigravitacijo' in trdile, da teža vplivi pomembno in antimaterija na podoben način. Opazili so, da atomi antivodika (pozitron v orbiti antiproton) je padel na Zemljo na enak način kot atomi vodika.
Antimaterija je sestavljena iz antidelcev (pozitroni, antiprotoni in antinevtroni so antidelci elektronov, protonov in nevtronov). Matter in antimaterija se popolnoma izničita, ko prideta v stik, za seboj pa pustita energijo.
Matter in antimaterija sta bili v zgodnjih časih ustvarjeni v enakih količinah Vesolje od Big Bang. Vendar antimaterije zdaj v naravi ne najdemo (asimetrija snov-antimaterija). Materija prevladuje. Posledično je razumevanje lastnosti in obnašanja antimaterije nepopolno. V zvezi z učinkom gravitacije na gibanje antimaterije je splošna teorija relativnosti predvidevala, da bi morali tudi na antimaterijo vplivati na podoben način, vendar ni bilo neposrednega eksperimentalnega opazovanja, ki bi to potrdilo. Nekateri so celo trdili, da za razliko od materije (ki je podvržena gravitacijskemu vlečenju), antimaterija lahko podvržen odbojni 'antigravitaciji', kar so izključili nedavno objavljeni izsledki CERN-ovega eksperimenta ALPHA.
Prvi korak je bil ustvariti antiatome v laboratoriju in jih nadzorovati, da bi se izognili stiku s snovjo in uničenju. Morda se sliši preprosto, a za to so bila potrebna več kot tri desetletja. Raziskovalci so se posvetili atomom antivodika kot idealnemu sistemu za preučevanje gravitacijskega obnašanja antimaterije, ker so atomi antivodika električno nevtralni in stabilni delci antimaterije. Raziskovalna skupina je vzela negativno nabite antiprotone, proizvedene v laboratoriju, in jih vezala s pozitivno nabitimi pozitroni iz vira natrija-22, da bi ustvarila atome antivodika, ki so bili nato zaprti v magnetno past, da bi preprečili uničenje z atomi snovi. Magnetna past je bila izklopljena, da so atomi antivodika lahko nadzorovano uhajali v navpičnem aparatu ALPHA-g in izmerili so navpične položaje, na katerih atomi antivodika anihilirajo s snovjo. Raziskovalci so ujeli skupine približno 100 antivodikovih atomov. Počasi so sproščali antiatome ene skupine v obdobju 20 sekund z zmanjšanjem toka v zgornjem in spodnjem magnetu. Ugotovili so, da se delež antiatomov, ki obstajajo na vrhu in dnu, ujema z rezultati za atome iz simulacij. Ugotovljeno je bilo tudi, da je bil pospešek atoma antivodika skladen z dobro znanim pospeškom zaradi teža med snovjo in Zemljo, kar nakazuje, da je antimaterija podvržena isti gravitacijski privlačnosti kot materija in ne nobeni odbojni "antigravitaciji".
Ta ugotovitev je mejnik v študiji gravitacijskega obnašanja antimaterije.
***
Viri:
- CERN 2023. Novice – eksperiment ALPHA v CERN opazuje vpliv gravitacije na antimaterijo. Objavljeno 27. septembra 2023. Na voljo na https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Dostopan 27. septembra 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Opazovanje vpliva gravitacije na gibanje antimaterije. Narava 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
