Куди падає антиматерія? Канадські фізики наблизилися до розгадки найбільшої таємниці Всесвіту

Що з’ясували науковці?

Нове дослідження, результати якого були опубліковані в журналі Nature, показало, що антиматерія падає вниз під дією гравітації.

Простіше кажучи, антиматерія під впливом гравітації поводиться так само, як звичайна матерія.

Як таке можливо і чому це важливо? Тож з’ясуймо.

Антиматерія (антиречовина) складається з частинок, що мають протилежний електричний заряд, ніж звичайні частинки.

Наприклад, еквівалентом негативно зарядженого електрона в антиматерії є позитрон, який при зіткненні з електроном анігілює з утворенням гамма-випромінювання.

Однією з найдивніших загадок Всесвіту, на думку вчених, є те, що майже вся видима матерія у Всесвіті складається зі звичайної матерії, а не з антиматерії.

Також не зовсім зрозуміло, як вийшло, що матерія й антиматерія в ранньому Всесвіті не анігілювали. Як вийшло, що матерія «перемогла»?

«Наразі у нас немає пояснення, де знаходиться вся антиматерія у Всесвіті», — формулює одне з головних питань сучасної фізики Роберт Томпсон з Університету Калгарі (Канада).

Щоб знайти розв’язання цієї головоломки, Томпсон із колегами намагається знайти прогалини у фізиці антиречовини.

У новому дослідженні канадські вчені оцінили гравітаційні характеристики антиводню — найпростішого атома антиматерії, який є дзеркальним віддзеркаленням водню — під впливом гравітації.

Навіть школяр знає, що будь-яке тіло, скинуте з будь-якої висоти на Землі, прямує до поверхні планети з постійною швидкістю близько 9,8 м/с щосекунди. Ця константа, яка використовується у фізичних розрахунках, відома як прискорення під дією сили тяжіння g.

Експерименти канадських учених показали, що це значення для антиводню — з урахуванням помилок в експерименті - «відповідає гравітаційному прискоренню вниз, яке дорівнює 1 g».

Для того, щоб з’ясувати це, дослідники використовували новий апарат ALPHA-g, що працює в CERN — найбільшій європейській фізичній лабораторії.

Вони створили антиречовину й уклали нейтральні атоми антиводню в магнітну пастку, зробивши середовище максимально холодним.

Потім антиводень був випущений у вертикальний апарат для спостереження і вимірювання його гравітаційної поведінки в умовах вільного падіння.

Це — перший експеримент такого роду в історії фізики, констатує Томпсон. На думку вченого, він стане віхою в дослідженні антиматерії.

«Було багато припущень про те, що станеться, якщо кинути антиматерію, але досі це ніколи не перевірялося, оскільки її так важко отримати, а гравітація дуже слабка», — пояснює Тімоті Фрізен, інший автор дослідження.

Антиматерія рухається донизу, то що це означає?

«Ми встановили, що атоми антиводню, звільнені з магнітного ув’язнення в апараті ALPHA-g, поводяться так, як це узгоджується з гравітаційним тяжінням до Землі», — констатують автори роботи.

Жодних слідів «відштовхувальної антигравітації», існування якої передбачали деякі теорії, помічено не було.

На думку авторів дослідження, це дає змогу зробити важливий висновок про причини відсутності антиматерії у Всесвіті.

Багато років учені намагалися з’ясувати, у чому полягають відмінності між поведінкою матерії та антиматерії, і зокрема, як антиматерія реагує на силу тяжіння.

Якби з’ясувалося, що антиматерія, як передбачали деякі вчені, під впливом гравітаційних сил «падає» вгору, то довелося б переглядати всі сформовані уявлення про фізику, зокрема й Загальну теорію відносності Альберта Ейнштейна.

Але якщо антиматерія «падає вниз», значить, пускати Ейнштейна під ніж поки що рано.

Тепер дослідники мають намір з’ясувати, чи існує різниця в прискоренні, якого зазнає антиматерія під впливом гравітації, з прискоренням, якого зазнає звичайна матерія.

Можливо, тут криється відповідь на класичне запитання про те, чому матерія й антиматерія, які мали з'єднатися і взаємно анігілюватися після Великого вибуху, залишивши після себе лише світло, не зробили цього.

З невідомої причини, у перші моменти виникнення Всесвіту матерії вдалося взяти гору над антиматерією. Тепер весь видимий нам Всесвіт складається з матерії, а не з антиматерії.

Вчені сподіваються, що саме розуміння різниці в тому, як матерія й антиматерія реагують на гравітацію, допоможе зрозуміти, чому.

«Ми знаємо, що десь у квантовій механіці та гравітації є проблема. Ми просто не знаємо, у чому вона полягає», — підкреслює Фрізен.