Ученые ЦЕРН в ходе эксперимента подтвердили, что антиматерия падает вниз
Силе тяжести подвластно все — и обычная материя, и темная, и даже антивещество. Это доказали физики из европейской организации по ядерным исследованиям ЦЕРН (CERN), результаты их нового исследования опубликованы в журнале Nature. Поведение полученного ими антиводорода убедительно показало: надежды некоторых ученых на открытие эффекта гравитационного отталкивания пока абсолютно беспочвенны.
Из школьного курса физики известно, что антиматерия ничем не отличается от нашей, кроме электрического заряда: вместо крохотного и отрицательно заряженного электрона появляется положительный позитрон аналогичной массы, точно так же, как антипротон вместо протона. По идее такое вещество не имеет причин «падать вверх», но лишнее подтверждение всесилия гравитации еще на один шаг приближает физиков к разгадке его природы.
Одной из главных физических тайн является «загадка бариогенеза», или, попросту говоря, вопрос: почему Вселенная состоит из вещества, а антивещества в ней не осталось? Ведь сразу после Большого взрыва количество материи и антиматерии было плюс-минус идентичным. Но уже через несколько миллиардных долей секунды в бесконечно плотном и раскаленном материале вещество почему-то победило, а все античастицы аннигилировали. Ответ может заключаться в физических свойствах антивещества, а потому их изучение является особенно важным.
«Антиматерия — это самое загадочное вещество, которое вы только можете себе представить. Мы вполне могли бы построить вселенную, подобную нашей, состоящую только из антивещества. И один из самых фундаментальных открытых вопросов состоит в том, что это за вещество и как оно себя ведет», — рассуждает физик из Орхусского университета в Дании Джеффри Хангст.
Общая теория относительности была разработана еще до открытия позитрона. И с тех пор ученые пытались ответить на вопрос, во всем ли антиматерия подчиняется постулатам ОТО или на нее действуют другие принципы. Все «точки над і» расставил эксперимент ALPHA, проведенный в организации ЦЕРН и основанный на использовании антиводорода.
Атом водорода — самый легкий из возможных и при этом электрически нейтральный, что делает его идеальной частицей для подобных экспериментов. Хангст и его коллеги из команды ALPHA построили новое устройство: высокую цилиндрическую вакуумную камеру с магнитной ловушкой, в которой можно было изменять силу магнитного поля. Они постепенно уменьшали магнитное поле, пока атомы антиводорода не начали покидать ловушку. Дело оставалось за малым: измерить, сколько атомов «сбежало», двигаясь вверх (антигравитация) или упало вниз.
«Проще говоря, мы создаем антивещество и проводим эксперимент по типу [Галилея] на Пизанской башне: отпускаем антиматерию и смотрим, поднимается она или опускается», — объяснил специалист по физике плазмы из Калифорнийского университета Джонатан Вюртеле.
Команда постоянно повторяла один и тот же эксперимент, каждый раз изменяя напряженность магнитного поля в верхней и нижней частях аппарата, чтобы исключить артефакты. В результате 80% антиводорода аннигилировали под ловушкой. Именно так ведут себя обычные атомы водорода в тех же условиях. А значит, гипотезы об альтернативной гравитации для антиматерии можно поставить под сомнение.
Следующий шаг — усовершенствовать эксперимент, сделав возможным вычисление скорости, с которой антиводород падает вниз. Она должна быть идентична скорости, с которой падает обычная материя. Но если окажется, что скорость выбивается из расчетов, то это, по мнению физиков, станет самым захватывающим открытием в науке за 50 лет.
