Ученые изучили подверженность антиматерии гравитационному воздействию, и результат никого не удивил

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Оффтопик

Антиматерия — это одна из самых загадочных и удивительных «сущностей» во Вселенной. Она состоит из частиц, которые имеют противоположный заряд и другие свойства по отношению к обычной материи. Когда антиматерия встречается с материей, они аннигилируют друг друга, высвобождая огромное количество энергии. Но как антиматерия реагирует на гравитацию? Падает ли она вниз, как обычная материя, или вверх, как некоторые ученые предполагали?

Так нейросеть представляет себе антиматерию
Автор: Bing image creator

Этот вопрос долгое время оставался без ответа, так как очень сложно создавать и хранить антиматерию в лабораторных условиях. Антиматерия образуется при высокоэнергетических столкновениях частиц, но быстро исчезает при контакте с окружающей средой. Для того, чтобы изучать ее свойства, необходимо уметь замедлять, охлаждать и удерживать античастицы в специальных «ловушках».

Такую возможность предоставил эксперимент ALPHA-g на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе, лаборатории физики высоких энергий недалеко от Женевы в Швейцарии. Ученые из этого проекта смогли создать и измерить гравитационное поведение атомов антиводорода — простейшего антиатома, состоящего из антипротона и позитрона (антиэлектрона).

Для этого они использовали серию вертикально расположенных камер, в которых позитроны из радиоактивного источника и антипротоны из ускорителя частиц замедлялись и охлаждались до температуры близкой к абсолютному нулю. Затем эти два типа античастиц объединялись в одной камере, образуя около 20 нейтральных атомов антиводорода каждые 4 минуты. Эти атомы удерживались в пространстве мощными магнитными полями.

Затем ученые постепенно ослабляли магнитные поля сверху и снизу камеры в течение 20 секунд и подсчитывали количество атомов, выходящих в обоих направлениях. Таким образом, они могли определить скорость падения атомов под действием гравитации.

Результаты эксперимента показали, что антиматерия падает вниз, под силой гравитации, как обычная материя. При этом точность измерений была достаточно высокая, чтобы исключить возможность нефиксации факта того, что антиматерия падает вверх или не подвержена гравитации вовсе. Однако остается небольшая неопределенность, которая позволяет предполагать, что антиматерия падает немного медленнее, либо быстрее, чем обычная материя. А если точнее, то если усреднённо g=9.81м/с², то фиксируемые результаты ускорения свободного падения антиматерии варьировались от 0.46g до 1.04g.

Все авторские правда принадлежат изданию New Scientist

Это может означать, что существуют некоторые различия в гравитационном взаимодействии материи и антиматерии, которые нарушают общую теорию относительности Эйнштейна. По этой теории, все объекты с одинаковой массой должны иметь одинаковый вес — то есть испытывать одинаковое гравитационное ускорение. Это принцип эквивалентности, который лежит в основе нашего понимания гравитации.

Если же этот принцип нарушается для антиматерии, это может открыть дверь к новой физике, которая объяснит одну из самых больших загадок космологии — почему Вселенная состоит почти исключительно из материи, хотя при Большом взрыве должно было образоваться равное количество материи и антиматерии. Возможно, что в ранней Вселенной существовало некоторое асимметричное взаимодействие между ними, которое привело к доминированию материи.

Для того, чтобы проверить эту гипотезу, ученые планируют провести более точные измерения гравитационного поведения антиматерии в будущем. Они также хотят изучить другие свойства антиатомов, такие как спектры излучения и рассеяния света. Это поможет им сравнить антиматерию с материей на более фундаментальном уровне и выявить возможные отклонения от стандартной модели частиц.

Антиматерия — это не только научная фантастика, но и реальный объект исследования. Она может дать нам ключ к пониманию природы Вселенной и ее эволюции. Но для этого нам нужно научиться создавать, хранить и измерять ее с высокой точностью и надежностью. Эксперимент ALPHA-g — это важный шаг на этом пути.

9 комментариев

V
Гордон Фримен, вернись — у тебя есть много дел!
A
«По этой теории, все объекты с одинаковой массой должны иметь одинаковый вес — то есть испытывать одинаковое гравитационное ускорение. Это принцип эквивалентности, который лежит в основе нашего понимания гравитации.»
А что делать безмассовым фотонам? А ведь доказано, что на них гравитация действует. Собственно, это был первый эксперимент для проверки ОТО — наблюдение отклонения света солнцем.
Еще одна тонкость — авторы эксперимента сказали, что будут повышать точность, а пока статистики маловато для окончательных выводов.
Fracta1L
А что делать безмассовым фотонам?

Невозмутимо летать по прямым в искривлённом пространстве-времени.
Eldarado
Антиматерия имеет «противоположный» электрический заряд и только. Если бы существовала антиматерия с «отрицательной» массой, тогда она бы иначе реагировала на гравитацию. Но отрицательная масса означает, «инвертирование» искривления пространства-времени, а это невозможно — гора не может быть ямой, если мы не в Японии.
A
Не только электрический, но и другие квантовые числа. Но есть и частицы, которые не имеют античастиц (истинно нейтральные частицы) — те же фотоны и Z-бозоны, говорят, что и гравитоны тоже. А у нейтрона или нейтрино, которые не имеют электрического заряда, имеется антинейтрон и антинейтрино.
Fracta1L
отрицательная масса означает, «инвертирование» искривления пространства-времени

Нэт. По современным представлениям, за массу отвечает поле Хиггса, так что отрицательная масса это просто взаимодействие с полем Хиггса «навыворот».
Eldarado
А как поле Хиггса взаимодействует с гравитацией?
A
Через массу бозона Хиггса, которая как-то там определяется теоретически и достаточно точно измерена экспериментально.
A
Не так. Поле Хиггса отвечает только за массу калибровочных бозонов (разного сорта суперсимметрии я не беру, их слишком много и они слишком разные). Нарушение симметрии SU(2)xU(1) до U(1) через хиггсовский механизм приводит к появлению массы только у калибровочных бозонов, отвечающих за слабое взаимодействие, остаточная симметрия соответствует фотону, который остается безмассовым. Масса фермионов в стандартной модели вводится через потенциал Юкавы.
Если гипотетический гравитон будет истинно нейтральным подобно фотону (пока так во всех теориях), ему наплевать на тип частицы/античастицы — взаимодействие будет одинаковым для тех и других.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему велосипед так называется и кто его изобрел

Слово «велосипед» имеет французские корни. Оно происходит от термина _vélocipède_, впервые зафиксированного в начале XIX века. Это название образовано слиянием двух латинских слов: _velox_...

Обзор гриндера Affe 915: компактный ленточный шлифовальный станок для болгарки (УШМ)

Давно хотел себе в мастерскую ленточный станок для шлифовки и сведения заготовок и остановил свой выбор на универсальной модели Affe 915: это вариант, который не просто легко использовать, но и...

Почему первые черные дыры росли так быстро? Как частицы темной материи могли «запустить» рост ранних черных дыр

Знаете, что не дает покоя астрономам? Огромные черные дыры, которые появились на заре времен. Ну, почти на заре. Эти сверхмассивные монстры, в миллиарды раз тяжелее нашего Солнца, смотрят на нас из...

Обзор подогревателя для бутылочек REDMOND BC5200: детское питание всегда нужной температуры

Появление малыша в семье — это огромное счастье! Но также добавляется груз ответственности. Каждый родитель хочет максимально оградить своего малыша, чтобы ничего не препятствовало его...