Физики ЦЕРНа исследуют, падает ли антивещество вверх или вниз

Физики из ЦЕРНа обнаружили, что антивещество падает вниз, а не вверх. Конечно, это звучит как очевидная вещь, но ученые до сегодняшнего дня не могли подтвердить, что антиматерия реагирует на гравитацию точно так же, как обычная материя. Новый эксперимент дает лучший ответ на данный момент.

Антиматерия очень похожа на материю, из которой состоит все вокруг нас, с одним важным отличием: ее частицы имеют противоположный электрический заряд. И это простое различие имеет некоторые важные последствия: всякий раз, когда частица и античастица встречаются, они аннигилируют (уничтожают) друг друга.

К счастью для нас, существ, основанных на материи, антиматерия крайне редко встречается во Вселенной, но никто не знает, почему.

Большой взрыв должен был произвести равное количество материи и антиматерии, что привело бы к уничтожению всего содержимого Вселенной миллиарды лет назад. Тот факт, что мы существуем сегодня, показывает, что какой-то неизвестный фактор создал дисбаланс в пользу обычной материи.

Поэтому физики внимательно изучают антиматерию, чтобы увидеть, есть ли какие-либо другие различия между ней и обычной материей, помимо заряда, который может объяснить дисбаланс. Стандартная модель говорит, что не должно быть никаких других различий, поэтому, если ученые что-то найдут, это может открыть совершенно новый мир физики.

Это означает, что ученые должны буквально вернуться к основам, чтобы исследовать антиматерию. Например, каждый элемент поглощает и излучает свет с разной длиной волны, создавая уникальный отпечаток, называемый спектром излучения. Антиматерия должна иметь тот же спектр, что и материя, но только в 2016 году ученые ЦЕРНа наконец проверили это. Действительно, было обнаружено, что антиводород имеет тот же спектр, что и водород.

Как антивещество реагирует на гравитацию — еще один, казалось бы, простой вопрос, на изучение которого ушли годы работы.

Это может звучать так, как будто мы уже должны это знать, но большую часть времени антивещество подвешено в электромагнитных ловушках, чтобы предотвратить его аннигиляцию с материей. Ожидается, что антиматерия должна реагировать на гравитацию так же, как и обычная материя, но есть крошечный шанс, что это не так, и вместо этого она может упасть вверх.

Чтобы проверить эту идею, команда физиков поместила антипротоны и отрицательно заряженные ионы водорода в электромагнитное устройство, называемое ловушкой Пеннинга. Оказавшись внутри, частицы следуют по циклической траектории, и, измеряя их частоту, ученые могут рассчитать отношение их заряда к массе. Это соотношение должно быть одинаковым как для частиц материи, так и для частиц антиматерии, но любое различие будет объясняться различиями в их взаимодействии с гравитацией.

И действительно, ученые обнаружили, что материя и антиматерия одинаково реагируют на гравитацию. По крайней мере, в пределах неопределенности эксперимента, которая находится в пределах 97 процентов от гравитационного ускорения, испытанного частицами. По словам исследователей, это в четыре раза точнее, чем в предыдущих экспериментах.

Тем не менее, это все еще оставляет место для новой физики. Другие эксперименты проверяют взаимодействие антиматерии с гравитацией с помощью гораздо более простого подхода — сбрасывания частиц антиматерии с высоты и наблюдения за тем, что с ними происходит. Если эти опыты покажут результаты, отличные от текущего эксперимента, это может намекнуть на физику за пределами Стандартной модели.