Физики ЦЕРН показали, что антиматерия подвержена воздействию гравитации точно также, как и обычная материя. С одной стороны, было бы гораздо удивительней, если бы антиматерия отталкивалась гравитацией, «падая вверх», но, с другой, с этим результатом физики ещё на шаг приближаются к разгадке одной из самых больших тайн, окружающих наиболее ранние моменты существования Вселенной.
Уверен, все читатели понимают, но напомню, что антиматерия является полной противоположностью обычной материи и состоит из античастиц, которые идентичны по массе своим обычным аналогам, но противоположны по электрическому заряду. Когда античастица встречается с частицей, они аннигилируют, а их совокупные массы преобразуются в чистую энергию.
Как зарождалась Вселенная
Насколько нам известно сегодня, антивещества в свободной форме во Вселенной нет, хоть мы и научились создавать его.
Согласно имеющейся сегодня теории, спустя 10 миллиардных долей секунды после Большого взрыва антивещества было в избытке, а зарождающаяся Вселенная была невероятно горячей и бесконечно плотной настолько, что энергия и масса были практически взаимозаменяемы. Постоянно создавались новые частицы и античастицы, которые устремлялись к ближайшим своим полярным противоположностям, тем самым превращая материю и антиматерию обратно в энергию в «великой космической войне на истощение». Победила в этой «войне», продолжавшейся буквально несколько долей секунды, материя, которой по причинам, продолжающим озадачивать учёных, появился небольшой избыток.
Даже этого крошечного дисбаланса было достаточно, чтобы уничтожить всю антиматерию во Вселенной примерно за одну секунду! По мере расширения Вселенной температура начала быстро падать, пока не стала слишком низкой для создания новых пар частиц и античастиц. Осталось лишь «небольшое количество» частиц материи, из которых сейчас состоят звёзды, планеты, астероиды и практически любой другой наблюдаемый объект во Вселенной. Всё остальное было уничтожено, оставив после себя лишь излучение.
О чём говорит теория относительности
Это известно как проблема бариогенеза, и для того, чтобы физики однажды разгадали эту загадку, им сначала нужно экспериментально определить различные свойства антивещества — например, как оно реагирует на гравитацию.
Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности задолго до открытия Карлом Андерсоном первой частицы антивещества (позитрона, то есть антиэлектрона) в 1932 году. Согласно ОТО, антиматерия должна подвергаться воздействию гравитации точно так же, как и материя, но некоторые гипотезы говорили о том, что антиматерия вместо этого может отталкиваться гравитацией. Многие косвенные измерения, проведенные за эти годы, подтвердили предсказание Эйнштейна, но прямых результатов наблюдений не было до эксперимента CERN ALPHA.
Как был проведён эксперимент
Антиводород электрически нейтрален и, следовательно, является идеальной модельной частицей, потому что электромагнитная сила намного сильнее гравитационной. Но производить и улавливать частицы антиводорода непросто. Именно в CERN ALPHA специалисты получают антиводород путём объединения двух потоков плазмы (позитронов и антипротонов) в электромагнитной ловушке. Ну а улавливают они эти частицы, создавая невероятно сильное магнитное поле.
Специалисты из команды ALPHA ещё в 2013 году пытались провести гравитационные измерения антиводорода, но результаты были недостаточно точными. Поэтому они построили новую экспериментальную установку: высокую цилиндрическую вакуумную камеру с магнитной ловушкой, в которой можно изменять силу магнитного поля. Они постепенно уменьшали магнитное поле, пока атомы антиводорода не начали покидать ловушку, и измерили, сколько атомов двигались вверх (антигравитация), а сколько «падали вниз».
Команда повторила один и тот же эксперимент много раз, каждый раз изменяя напряженность магнитного поля в верхней и нижней частях аппарата. Это помогло исключить возможность ошибок в их измерениях. Результаты: 80% антиводорода аннигилировало под ловушкой, именно так ведут себя обычные атомы водорода в тех же условиях (поддаются воздействию гравитации). Итак, Эйнштейн был прав. Снова. Согласитесь, то, насколько точно ОТО описывает работу нашей Вселенной, не может не поражать. Правда это печальная новость для физиков, рассчитывающих на антигравитацию. Таких работ хоть и не очень много, но можно считать, что все эти гипотезы исключены.
Следующий шаг состоит в том, чтобы усовершенствовать эксперимент и сделать его достаточно чувствительным для измерения скорости, с которой частицы антиматерии падают вниз. По большому счёту она должна быть идентична скорости, с которой падает материя, но если это не так, то мы снова получим намёк на какую-то новую физику. Не устаю повторять, что мы живём в очень интересное время. Согласны?
Подписывайтесь на канал, а также на канал в Telegram.
