Antihmota reaguje na gravitaci stejně jako hmota

Antihmota přitahovala a mátla fyziky téměř celé století a vliv gravitace na antihmotu byl předmětem sporů. Nový výzkum možná urovnal debatu zjištěním, že antivodíkové atomy, antihmotový protějšek vodíku, jsou ovlivněny gravitací stejným způsobem jako jejich hmotné ekvivalenty, což vylučuje existenci odpudivé „antigravitace“.

V sedmnáctém století Isaac Newton navrhl svou gravitační teorii poté, co sledoval, jak jablko padá ze stromu, a ptal se, proč spadlo přímo dolů, nikoli do strany nebo nahoru. O staletí později přišel Albert Einstein se svou obecnou teorií relativity, která zůstává nejúspěšnějším a nejtestovanějším popisem gravitace. Antihmotu však Einstein neznal.

V roce 1928 britský fyzik Paul Dirac teoretizoval, že pro každou částici existuje odpovídající antičástice, což předpovídá existenci pozitronu – nebo antielektronu – který byl poprvé pozorován v roce 1932. Od té doby se objevilo mnoho spekulací o interakci mezi gravitací. a antihmota, přičemž někteří tvrdí, že antihmotu odpuzuje gravitace a jiní, že je přitahována.

Nová studie provedená spoluprací Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN) mohla tento argument vyřešit a zjistila, že atomy antivodíku, antihmotového protějšku vodíku, padají na Zemi stejným způsobem jako jejich atomy. hmotné ekvivalenty.

„Ve fyzice něco opravdu nevíte, dokud to nepozorujete,“ řekl Jeffrey Hangst, odpovídající autor studie. „Toto je první přímý experiment, který skutečně pozoruje gravitační efekt na pohyb antihmoty. Je to milník ve studiu antihmoty, která nás stále mystifikuje kvůli její zjevné nepřítomnosti ve vesmíru.“

Experiment ALPHA se zabývá výrobou, zachycováním a studiem atomů antivodíku v odchytovém zařízení. Antivodíkové atomy jsou elektricky neutrální a stabilní částice antihmoty, díky čemuž jsou ideální pro studium gravitačního chování antihmoty. Antivodík vzniká spojením dvou složek antičástic, antiprotonů a pozitronů. Antiproton je subatomární částice se stejnou hmotností jako proton, ale se záporným elektrickým nábojem.

Tým ALPHA nedávno postavil vertikální aparát nazvaný ALPHA-g, kde „g“ označuje místní zrychlení gravitace, které je v podstatě 32,2 ft/s.² (9,81 m/sec²). ALPHA-g umožňuje měřit vertikální polohy, ve kterých se atomy antivodíku setkávají s odpovídající hmotou – proces zvaný anihilace – jakmile je magnetické pole pasti vypnuto a atomy mohou uniknout.

Vědci uvěznili skupiny asi 100 atomů antivodíku, jednu skupinu po druhé. Poté pomalu uvolňovali atomy po dobu 20 sekund postupným snižováním proudu v horních a spodních magnetech pasti. Počítačové simulace předpovídaly, že 20 % atomů opustí horní část pasti a 80 % spodní část, což je rozdíl způsobený sestupným účinkem gravitace. Zprůměrováním výsledků sedmi pokusů s uvolňováním vědci zjistili, že frakce antiatomů opouštějících horní a spodní část jsou v souladu se simulacemi. To znamená, že atomy antivodíku padaly stejným způsobem, jako by atomy vodíku padaly pod 1 g, neboli normální gravitací.

Pomocí zařízení ALPHA-g vědci efektivně znovu vytvořili Galileův slavný gravitační experiment. Podle legendy italský vědec shodil železné koule různých hmotností z vrcholu šikmé věže v Pise a ty přistály ve stejnou dobu, což ukazuje, že gravitace způsobuje, že objekty s různou hmotností padají se stejným zrychlením.

Zatímco vědci tvrdí, že jejich nálezy vylučují existenci odpudivé „antigravitace“, současná studie znamená pouze začátek podrobného, ​​přímého zkoumání gravitační povahy antihmoty.

„Trvalo nám 30 let, než jsme se naučili, jak vyrobit tento antiatom, držet ho a ovládat ho natolik dobře, že bychom ho mohli skutečně upustit tak, že by byl citlivý na gravitační sílu.“ řekl Hangst. „Dalším krokem je co nejpřesněji změřit zrychlení. Chceme otestovat, zda hmota a antihmota skutečně padají stejným způsobem.“

Studie byla publikována v časopise Přírodaa v níže uvedeném videu, produkovaném CERN, Jeffrey Hangst vysvětluje, jak ALPHA-g funguje, důvody a výsledky experimentů s gravitací antihmoty.

Zdroj: CERN