Experimenty CERN zkoumají, zda antihmota padá nahoru nebo dolů

Fyzici v CERNu zjistili, že antihmota padá dolů. Jistě, zní to jako samozřejmá věc, ale vědci zatím nebyli schopni potvrdit, že reaguje na gravitaci úplně stejně jako běžná hmota. Zatím nejlepší odpověď poskytuje nový experiment.

Antihmota je velmi podobná hmotě, která tvoří vše kolem nás, s jedním důležitým rozdílem: její částice mají opačný elektrický náboj. A tento jednoduchý rozdíl má několik zásadních důsledků – kdykoli se částice a její antičástice setkají, navzájem se zničí.

Naštěstí pro nás bytosti založené na hmotě je antihmota ve vesmíru extrémně vzácná, ale nikdo vlastně neví proč. Velký třesk měl vyprodukovat stejné množství hmoty a antihmoty, což by skončilo zničením celého obsahu vesmíru před miliardami let. Skutečnost, že jsme tu dnes, abychom položili otázku, ukazuje, že nerovnováhu vytvořil nějaký neznámý faktor.

Fyzici tedy pozorně studují antihmotu, aby zjistili, zda existují nějaké další rozdíly mezi ní a běžnou hmotou, kromě náboje, které by mohly nerovnováhu vysvětlit. Standardní model říká, že tam neměl by být jakýkoli jiný rozdíl, takže pokud vědci něco najdou, mohlo by to otevřít zcela nový svět fyziky.

To znamená vrátit se zpátky k základům a zkoumat antihmotu. Každý prvek například absorbuje a vyzařuje různé vlnové délky světla, čímž vzniká jedinečný otisk prstu nazývaný emisní spektrum. Antihmota by měla mít stejné spektrum jako její hmotný protějšek, ale teprve v roce 2016 vědci z CERNu konečně prověřili. Bylo zjištěno, že antivodík má stejné spektrum jako vodík.

Jak antihmota reaguje na gravitaci, je další zdánlivě jednoduchá otázka, která trvala roky studia. Může to znít jako něco, co bychom již měli vědět, ale většinu času je antihmota suspendována v elektromagnetických pastích, aby se zabránilo jejímu zničení pomocí nádob. Očekává se, že antihmota by měla reagovat na gravitaci stejně jako běžná hmota – ale je malá šance, že ne, a může skutečně spadnout nahoru namísto.

Aby tým otestoval myšlenku, umístil antiprotony a záporně nabité vodíkové ionty do elektromagnetického zařízení zvaného Penningova past. Jakmile jsou částice uvnitř, sledují cyklickou trajektorii a měřením jejich frekvence vědci mohou vypočítat jejich poměr náboje k hmotnosti. Tento poměr by měl být stejný pro částice hmoty i antihmoty, ale jakýkoli rozdíl by byl přisuzován změnám v jejich interakcích s gravitací.

A skutečně, tým zjistil, že hmota a antihmota reagují na gravitaci stejným způsobem. Alespoň v rámci nejistoty experimentu, která je v rámci 97 procent gravitačního zrychlení, které částice zažily. To je čtyřikrát přesnější než předchozí experimenty, říká tým.

To však stále ponechává prostor pro novou fyziku, aby se mohla vplížit dovnitř. Další experimenty testují interakce antihmoty s gravitací prostřednictvím toho, co zní jako mnohem jednodušší přístup – pouštění částic antihmoty a sledování, kam jdou. Pokud tyto týmy najdou odlišné výsledky od současného experimentu, mohlo by to naznačit fyziku nad rámec standardního modelu.

Výzkum byl publikován v časopise Příroda.

Zdroj: RIKEN přes Eurekalert