ALPHA‑g eksperiment u CERN‑u proizveo je i zadržao oko 100 antihidrogena u Penningovoj zamci, ohladio ih blizu apsolutne nule i polako oslobađao. Otprilike 80% antihidrogena napustilo je zamku kroz donji deo, pokazujući da antimaterija pada nadole. Rezultat potvrđuje slabi princip ekvivalencije, ali ostaje pitanje da li ubrzanje antimaterije tačno poklapa ubrzanje obične materije (preciznost merenja trenutno reda ~1%).
Da Li Antimaterija „Pada Gore“? Novi Rezultati ALPHA‑g Eksperimenata U CERN‑u Pokazuju: Antihidrogen Pada Nadole
A illutsration of particle annhilation creating antimatter in then form of antihelium. | Credit: CERN
Godine 1971. astronaut David Scott stajao je na površini Meseca držeći čekić i pero — u vakuumu meseca pustio ih je da padnu i oboje su udarili u sivi prah istovremeno. Taj slavonski gest prema Galileju bio je više od efektnog snimka: to je bio praktičan prikaz slabog principa ekvivalencije, temelja opšte relativnosti.
Slabi princip ekvivalencije tvrdi da se svi objekti, bez obzira na masu ili unutrašnju strukturu, u istom gravitacionom polju ubrzavaju na isti način. Kada je Einstein gradio opštu relativnost, ovaj princip je uvrstio kao osnovnu pretpostavku — ali pitanje za šta se događa sa najegzotičnijim kvantnim česticama ostalo je otvoreno.
Zašto je antimaterija važna? Antimaterija je direktna posledica kvantne teorije; istorijski, Paul Dirac je predvideo postojanje pozitivno naelektrisanih partnera elektrona (pozitrona) kroz matematička rešenja svoje jednačine. Ako bi gravitacija tretirala antimateriju drugačije, to bi bio jasan znak da opšta relativnost i kvantna teorija nisu potpuno kompatibilne.
Tehnički izazovi
- Kada se materija i antimaterija sretnu, anihiliraju u bljesku energije.
- Prirodno okruženje ne sadrži lako dostupnu antimateriju — mora se proizvoditi u laboratorijama.
- Gravitaciona sila je izrazito slaba u poređenju sa elektromagnetnim silama, pa su merenja teža.
Kako je ALPHA‑g to rešio?
Istraživači u okviru eksperimenta ALPHA‑g u CERN‑u proizveli su neutralni antihidrogen kombinovanjem antiprotona i pozitrona. Neutralnost je važna jer zaštitava antiatome od snažnih elektromagnetnih sile koje bi zaklonile efekte gravitacije.
Tim je uhvatio otprilike sto antiatoma u Penningovoj zamci — magnetnoj "boci" koja drži neutralne atome zato što se ponašaju kao sitni magneti. Pomoću lasera antiatome su ohladili blizu apsolutne nule kako bi se smanjilo njihovo termičko žongliranje. Nakon toga su polako smanjivali magnetsko polje i posmatrali gde antiatomi izlaze iz zamke.
Detektor je beležio trenutke anihilacije (kada antiatom udari u zid i anihilira), filtrisanjem lažnih signala od kosmičkih zraka. Konačni rezultat: otprilike 80% antihidrogena napustilo je zamku kroz njen donji deo — jasno pokazavši da su ti antiatomi padali nadole, prema Zemlji.
Šta to znači?
Ovo je značajan i ohrabrujući rezultat: antimaterija se ponaša u skladu sa slabim principom ekvivalencije u eksperimentalnoj osetljivosti trenutnog merenja. Rezultat je, u najboljem smislu, "anti‑klimaktičan": potvrđuje Einsteinovu pretpostavku za ovaj kvantni kandidat.
Međutim, slučaj nije u potpunosti rešen. Trenutna preciznost ne isključuje male razlike — na nivou reda veličine od ~1% — u ubrzanju antihidrogena u odnosu na običnu materiju. Ako bi buduća, preciznija merenja otkrila takvu razliku, to bi predstavljalo revoluciju u fizičkoj teoriji.
Zaključak: Prvi jasni rezultati ALPHA‑g pokazuju da antihidrogen u praksi pada nadole, ali nastavak rada i poboljšanje mernih tehnika potrebni su da bi se sa većom sigurnošću procenila eventualna sitna odstupanja.
Pomozite nam da budemo bolji.
