Антиматерията и гравитацията – ЦЕРН потвърди твърденията на Айнщайн

Антиматерията реагира на гравитацията по същия начин като материята. Това е изключително важно откритие, което потвърждава твърденията на общата теория на относителността на Айнщайн. По този начин експериментът, ръководен от ЦЕРН, опроверга хипотезата за обратното поведение на антиматерията спрямо гравитацията. Този резултат е получен от първото пряко наблюдение на свободно падащи антиводородни атоми, проведено в рамките на експеримента Alpha.

Какво представлява антиматерията?

Антиматерията е форма на материята, състояща се от античастици, които са аналози на частиците на обикновената материя. Всяка частица на материята има античастица с противоположен електрически заряд. Например античастицата на електрона, наречена позитрон, има положителен заряд вместо отрицателен. Други античастици са антипротонът (античастица на протона) и антинеутронът (античастица на неутрона). Когато частица на материята и нейната античастица се срещнат, те се анихилират взаимно в процес, наречен анихилация. При това се освобождава енергия под формата на гама лъчи. Ето защо антиматерията е толкова интересна за науката и физиката на елементарните частици: когато влезе в контакт с материята, тя може да освободи значително количество енергия. Това свойство има потенциални приложения в области като например производството на енергия, ядрената медицина и космическите двигатели.

Експеримент Alpha по изучаването на антиматерията

Експериментът Alpha представлява важен етап в изследването на материята и антиматерията. На учените от ЦЕРН им бяха необходими почти две десетилетия, за да разработят тази сложна експериментална техника. Резултатът потвърди предвижданията на общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. Експериментът Alpha използва сложен вертикален магнитен капан, предназначен за улавяне на атоми антиматерия. Те се задържат от магнитно поле, генерирано от две намотки, разположени в горния и долния край на капана. Тази среда позволява на учените да изследват поведението на антиводородните атоми при контролирани условия.

Един от най-интересните въпроси, повдигнати от това откритие, е да се разбере как и защо във Вселената е възникнала голямата асиметрия между материя и антиматерия. Според законите на физиката по време на Големия взрив е трябвало да се образуват равни количества материя и антиматерия. Ако случаят беше такъв обаче, би трябвало да се очаква двете вещества да се анихилират взаимно, оставяйки след себе си само енергия. Вместо това наблюдаваме Вселена, в която преобладава материята. Това предполага, че съществува някаква неизвестна разлика между взаимодействията на материята и антиматерията, която е дала възможност на материята да надделее. Експериментът Alpha откри нови пътища за решаване на този въпрос, като подтикна научната общност да навлезе по-дълбоко в тайните на физиката на частиците и антиматерията.

Гравитационното падане на антиматерията

В основата на експеримента Alpha е наблюдението на колапса на антиводородни атоми. Атомите, попаднали в магнитния капан, бавно се освобождават, като се намалява силата на магнитното поле. Това контролирано освобождаване позволява на учените да наблюдават в каква посока „падат“ атомите и да измерят въздействието на гравитацията. В над дузина експерименти учените са променяли силата на магнитното поле както в горната, така и в долната част на капана. Тази промяна е направена, за да се елиминират възможните грешки. Резултатите разкрили забележителен факт: когато отслабените магнитни полета били прецизно балансирани в горната и долната част, около 80% от антиводородните атоми анихилирали под капана. Този резултат недвусмислено потвърждава, че гравитацията влияе върху падането на антиводорода по същия начин, както влияе върху падането на обикновената материя.

Материя и антиматерия: перспективи за развитие

По принцип материята и антиматерията са равностойни, с изключение на противоположния електрически заряд на частиците. Въпреки това една от най-дълбоките загадки на съвременната физика е известна като „барионна асиметрия„. Въпреки привидната еквивалентност на частиците, Вселената е съставена предимно от материя и много ограничено количество антиматерия. Това явление занимава учените по целия свят, които търсят обяснение на тази асиметрия.

Въпреки че това откритие съответства на предвижданията на общата теория на относителността, учените смятат, че сегашното ниво на точност все още не позволява нови констатации за гравитацията въз основа на вече известното. Бъдещото предизвикателство е да се проверят теоретичните предсказания с по-голяма точност. Авторите на изследването също така изучават взаимодействието на антиводорода с електромагнитно излъчване с помощта на спектроскопия. Това изследване може да разкрие допълнителни подробности за поведението на антиводорода и да помогне за определяне на разликите му с водорода.