Куда падает антиматерия? Канадские физики приблизились к разгадке величайшей тайны Вселенной

Что выяснили ученые?

Новое исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature, показало, что антиматерия падает вниз под действием гравитации.

Проще говоря, антиматерия под воздействием гравитации ведет себя так же как обычная материя.

Как такое возможно и почему это важно? Давайте разберемся.

Антиматерия (антивещество) состоит из частиц, обладающих противоположным электрическим зарядом, чем обычные частицы.

Например, эквивалентом отрицательно заряженного электрона в антиматерии является позитрон, который при столкновении с электроном аннигилирует с образованием гамма-излучения.

Одной из самых странных загадок Вселенной, по мнению ученых, является то, что почти вся видимая материя во Вселенной состоит из обычной материи, а не из антиматерии.

Также не совсем ясно, как получилось, что материя и антиматерия в ранней Вселенной не аннигилировали. Как получилось, что материя «победила»?

«В настоящее время у нас нет объяснения, где находится вся антиматерия во Вселенной», — формулирует один из главных вопросов современной физики Роберт Томпсон из Университета Калгари (Канада).

Чтобы найти решение этой головоломки, Томпсон с коллегами пытается найти пробелы в физике антивещества.

В новом исследовании канадские ученые оценили гравитационные характеристики антиводорода — простейшего атома антиматерии, который является зеркальным отражением водорода — под воздействием гравитации.

Даже школьник знает, что любое тело, сброшенное с любой высоты на Земле, направлению к поверхности планеты с постоянной скоростью около 9,8 м/с каждую секунду. Эта константа, используемая в физических расчетах, известная как ускорение под действием силы тяжести g.

Эксперименты канадских ученых показали, что это значение для антиводорода — с учетом ошибок в эксперименте — «соответствует гравитационному ускорению вниз, равному 1 g».

Для того, чтобы выяснить это, исследователи использовали новый аппарат ALPHA-g, работающий в CERN — крупнейшей европейской физической лаборатории.

Они создали антивещество и заключили нейтральные атомы антиводорода в магнитную ловушку, сделав среду максимально холодной.

Затем антиводород был выпущен в вертикальный аппарат для наблюдения и измерения его гравитационного поведения в условиях свободного падения.

Это — первый эксперимент такого рода в истории физики, констатирует Томпсон. По мнению ученого, он станет вехой в исследовании антиматерии.

«Было много предположений о том, что произойдет, если бросить антиматерию, но до сих пор это никогда не проверялось, поскольку ее так трудно получить, а гравитация очень слаба», — поясняет Тимоти Фризен, другой автор исследования.

Антиматерия падает вниз, но что это значит?

«Мы установили, что атомы антиводорода, освобожденные из магнитного заключения в аппарате ALPHA-g, ведут себя так, как это согласуется с гравитационным притяжением к Земле», — констатируют авторы работы.

Никаких следов «отталкивающей антигравитации», существование которой предсказывали некоторые теории, замечено не было.

По мнению авторов исследования, это позволяет сделать важное заключение о причинах отсутствия антиматерии во Вселенной.

Многие годы ученые пытались выяснить, в чем состоят различия между поведением материи и антиматерии, и в частности, как антиматерия реагирует на силу притяжения.

Если бы выяснилось, что антиматерия, как предсказывали некоторые ученые, под воздействием гравитационных сил «падает» вверх, то пришлось бы пересматривать все сложившиеся представления о физике, в том числе и Общую теорию относительности Альберта Эйнштейна.

Но раз антиматерия «падает вниз», значит, пускать Эйнштейна под нож пока рано.

Теперь исследователи намерены выяснить, существует ли разница в ускорении, которое испытывает антиматерия под воздействием гравитации, с ускорением, которое испытывает обычная материя.

Возможно, здесь кроется ответ на классический вопрос о том, почему материя и антиматерия, которые должны были соединиться и взаимно аннигилироваться после Большого взрыва, оставив после себя лишь свет, не сделали этого.

По неведомой причине, в первые моменты возникновения Вселенной материи удалось взять верх над антиматерией. Теперь вся видимая нам Вселенная состоит из материи, а не из антиматерии.

Ученые надеются, что именно понимание разницы в том, как материя и антиматерия реагируют на гравитацию, поможет понять, почему.

«Мы знаем, что где-то в квантовой механике и гравитации есть проблема. Мы просто не знаем, в чем она заключается», — подчеркивает Фризен.