Anyag gravitációs vonzásnak van kitéve. Einstein általános relativitáselmélete megjósolta, hogy az antianyagnak is ugyanúgy le kell esnie a Földre. Ennek bizonyítására azonban eddig nem volt közvetlen kísérleti bizonyíték. Az ALPHA-kísérlet a CERN-ben az első olyan közvetlen kísérlet, amely megfigyelte a hatását gravitációs az antianyag mozgásáról. Az eredmények kizárták a visszataszító „antigravitációt”, és ezt tartották gravitációs befolyások mindegy és az antianyagot hasonló módon. Megfigyelték, hogy az antihidrogén atomjai (egy pozitron keringés egy antiproton) ugyanúgy hullott a Földre, mint a hidrogénatomok.
Az antianyag antirészecskékből áll (a pozitronok, antiprotonok és antineutronok elektronok, protonok és neutronok antirészecskéi). Anyag és az antianyag teljesen megsemmisíti egymást, amikor érintkeznek energiát hagyva maguk után.
Anyag és az antianyag egyenlő mennyiségben jött létre a korai szakaszban világegyetem a Big Bang által. Jelenleg azonban nem találunk antianyagot a természetben (anyag-antianyag aszimmetria). Az anyag dominál. Ennek eredményeként az antianyag tulajdonságainak és viselkedésének megértése hiányos. A gravitációnak az antianyag mozgására gyakorolt hatását illetően az általános relativitáselmélet azt jósolta, hogy az antianyagot is hasonló módon kell befolyásolni, de nem volt közvetlen kísérleti megfigyelés, amely ezt megerősítette volna. Néhányan még azzal is érveltek, hogy az anyaggal ellentétben (amely gravitációs vonzásnak van kitéve) antianyag visszataszító „antigravitáció” hatásának lehet kitéve, amit a CERN ALPHA kísérletének nemrég közzétett eredményei kizártak.
Az első lépés az antiatomok laboratóriumi előállítása és szabályozása volt, hogy elkerüljék az anyaggal való találkozást és a megsemmisülést. Könnyen hangzik, de több mint három évtizedbe telt. A kutatók az antihidrogén atomokat nullázták le, mint ideális rendszert az antianyag gravitációs viselkedésének tanulmányozására, mivel az antihidrogén atomok elektromosan semleges és stabil antianyag részecskék. A kutatócsoport a laboratóriumban előállított negatív töltésű antiprotonokat kötötte meg egy nátrium-22 forrásból származó pozitív töltésű pozitronokkal, hogy antihidrogén atomokat hozzon létre, amelyeket ezután mágneses csapdába zártak, hogy megakadályozzák az anyag atomjaival való megsemmisülést. A mágneses csapdát kikapcsoltuk, hogy lehetővé tegyük az antihidrogénatomok ellenőrzött módon való kijutását egy függőleges ALPHA-g berendezésben, és megmértük azokat a függőleges helyzeteket, ahol az antihidrogénatomok anyaggal megsemmisülnek. A kutatók körülbelül 100 antihidrogénatomból álló csoportokat ejtettek csapdába. Lassan, 20 másodperc alatt szabadították fel az egyik csoport antiatomjait, csökkentve az áramot a felső és alsó mágnesekben. Azt találták, hogy a felül és az alján létező antiatomok aránya megfelelt a szimulációkból származó atomokra vonatkozó eredményeknek. Azt is megállapították, hogy egy antihidrogén atom gyorsulása összhangban van a jól ismert gyorsulással gravitációs az anyag és a Föld között, ami azt sugallja, hogy az antianyag ugyanolyan gravitációs vonzásnak van kitéve, mint az anyag, nem pedig semmiféle taszító „antigravitáció”.
Ez a megállapítás mérföldkő az antianyag gravitációs viselkedésének tanulmányozásában.
***
Források:
- CERN 2023. Hírek – A CERN ALPHA kísérlete a gravitáció antianyagra gyakorolt hatását figyeli meg. Feladás dátuma: 27. szeptember 2023. Elérhető: https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Hozzáférés dátuma: 27. szeptember 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. A gravitáció antianyag mozgására gyakorolt hatásának megfigyelése. Nature 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
