ύλη υπόκειται σε βαρυτική έλξη. Η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν είχε προβλέψει ότι η αντιύλη θα έπρεπε επίσης να πέσει στη Γη με τον ίδιο τρόπο. Ωστόσο, μέχρι στιγμής δεν υπήρχαν άμεσες πειραματικές ενδείξεις που να το αποδεικνύουν. Το πείραμα ALPHA στο CERN είναι το πρώτο άμεσο πείραμα που έχει παρατηρήσει την επίδραση του βαρύτητα στην κίνηση της αντιύλης. Τα ευρήματα απέκλεισαν την αποκρουστική «αντιβαρύτητα» και το υποστήριξαν βαρύτητα επιρροές ύλη και αντιύλη με παρόμοιο τρόπο. Παρατηρήθηκε ότι άτομα αντιυδρογόνου (ποζιτρόνιο σε τροχιά ένα αντιπρωτόνιο) έπεσε στη Γη με τον ίδιο τρόπο όπως τα άτομα υδρογόνου.
Η αντιύλη αποτελείται από αντισωματίδια (τα ποζιτρόνια, τα αντιπρωτόνια και τα αντινετρόνια είναι αντισωματίδια ηλεκτρονίων, πρωτονίων και νετρονίων). ύλη και η αντιύλη εξαφανίζονται εντελώς η μία την άλλη όταν έρχονται σε επαφή αφήνοντας πίσω τους ενέργεια.
ύλη και αντιύλη δημιουργήθηκαν σε ίσες ποσότητες στις αρχές σύμπαν από το Big Bang. Ωστόσο, δεν βρίσκουμε αντιύλη τώρα στη φύση (ασυμμετρία ύλης-αντιύλης). Η ύλη κυριαρχεί. Ως αποτέλεσμα, η κατανόηση των ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς της αντιύλης είναι ελλιπής. Όσον αφορά την επίδραση της βαρύτητας στην κίνηση της αντιύλης, η γενική θεωρία της σχετικότητας είχε προβλέψει ότι η αντιύλη θα έπρεπε επίσης να επηρεαστεί με παρόμοιο τρόπο, αλλά δεν υπήρχε άμεση πειραματική παρατήρηση που να το επιβεβαιώνει. Κάποιοι μάλιστα είχαν υποστηρίξει ότι σε αντίθεση με την ύλη (η οποία υπόκειται σε βαρυτική έλξη), αντιύλη μπορεί να υπόκειται σε απωθητική «αντιβαρύτητα» η οποία έχει αποκλειστεί από τα πρόσφατα δημοσιευμένα ευρήματα του πειράματος ALPHA του CERN.
Το πρώτο βήμα ήταν να φτιάξουμε αντι-άτομα στο εργαστήριο και να τα ελέγξουμε ώστε να αποφευχθεί η επαφή τους με την ύλη και η εξόντωση. Μπορεί να ακούγεται εύκολο, αλλά χρειάστηκαν πάνω από τρεις δεκαετίες για να γίνει αυτό. Οι ερευνητές μηδενίστηκαν τα άτομα αντιυδρογόνου ως ένα ιδανικό σύστημα για τη μελέτη της βαρυτικής συμπεριφοράς της αντιύλης, επειδή τα άτομα αντιυδρογόνου είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και σταθερά σωματίδια αντιύλης. Η ερευνητική ομάδα πήρε αρνητικά φορτισμένα αντιπρωτόνια που παρήχθησαν στο εργαστήριο και τα συνέδεσε με θετικά φορτισμένα ποζιτρόνια από μια πηγή νατρίου-22 για να δημιουργήσει άτομα αντιυδρογόνου τα οποία στη συνέχεια περιορίστηκαν σε μια μαγνητική παγίδα για να αποτραπεί ο εκμηδενισμός με άτομα ύλης. Η μαγνητική παγίδα απενεργοποιήθηκε για να επιτρέψει στα άτομα αντιυδρογόνου να διαφύγουν με ελεγχόμενο τρόπο σε μια κατακόρυφη συσκευή ALPHA-g και μετρήθηκαν οι κατακόρυφες θέσεις στις οποίες τα άτομα αντιυδρογόνου εκμηδενίζονται με την ύλη. Οι ερευνητές παγίδευσαν ομάδες περίπου 100 ατόμων αντιυδρογόνου. Απελευθέρωσαν αργά αντιάτομα μιας ομάδας σε διάστημα 20 δευτερολέπτων μειώνοντας το ρεύμα στους πάνω και κάτω μαγνήτες. Βρήκαν ότι η αναλογία των αντι-ατόμων που υπήρχαν από το πάνω και το κάτω μέρος αντιστοιχούσε με τα αποτελέσματα για άτομα από προσομοιώσεις. Βρέθηκε επίσης ότι η επιτάχυνση ενός ατόμου αντιυδρογόνου ήταν σύμφωνη με τη γνωστή επιτάχυνση λόγω βαρύτητα μεταξύ της ύλης και της Γης υποδηλώνοντας ότι η αντιύλη υπόκειται στην ίδια βαρυτική έλξη με την ύλη και όχι σε καμία απωθητική «αντιβαρύτητα».
Αυτό το εύρημα αποτελεί ορόσημο στη μελέτη της βαρυτικής συμπεριφοράς της αντιύλης.
***
Πηγές:
- CERN 2023. Ειδήσεις – Πείραμα ALPHA στο CERN παρατηρεί την επίδραση της βαρύτητας στην αντιύλη. Δημοσιεύτηκε στις 27 Σεπτεμβρίου 2023. Διαθέσιμο στο https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Πρόσβαση στις 27 Σεπτεμβρίου 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Παρατήρηση της επίδρασης της βαρύτητας στην κίνηση της αντιύλης. Nature 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
