Наука

Фізики вперше спростували антигравітацію: що це змінює (фото+відео)

Вчені виявили, що атоми антиводню, аналог антиматерії водню, схильні до впливу гравітації так само, як і їх еквіваленти речовини. Це виключає існування «антигравітації».

Антиматерія інтригує і збиває з пантелику фізиків протягом майже століття. І вплив гравітації на антиматерію було однією з причин розбіжності вчених. Нові дослідження в ЦЕРНі, можливо, поставили крапку в цьому питанні.

З чого все почалося?

У XVII столітті Ісаак Ньютон запропонував свою теорію гравітації, спостерігаючи за тим, як яблуко падає з дерева. Він задавався питанням, чому воно впало прямо вниз, а не убік або вгору. Століття по тому Альберт Ейнштейн придумав свою загальну теорію відносності, яка залишається найуспішнішим і перевіреним описом гравітації.

Що Ейнштейн говорив про гравітації?

У загальній теорії відносності постулюється, що гравітаційні ефекти обумовлені не силовим взаємодією тіл і полів, а деформацією самого простору-часу, в якому вони знаходяться. Ця деформація пов’язана, зокрема, з присутністю маси-енергії. Крім того, загальна теорія відносності пояснює явище гравітації проявом геометричних властивостей простору і часу. Відповідно до цієї теорії «порожнього» простору не існує, в ньому завжди присутні речовина, випромінювання і різні фізичні поля. І, що найважливіше, цей науковий тріумф є ще одним підтвердженням загальної теорії відносності Ейнштейна. Вона передбачає, що всі маси, незалежно від відмінностей в їх внутрішній структурі, реагують на гравітацію однаковим чином.

Нове дослідження

У 1928 році британський фізик Пол Дірак передбачив, що для кожної частинки існує відповідна античастинка. Таким чином він передбачив існування позитрона — або антиелектрона — який вперше спостерігали в 1932 році. Відтоді вчені висунули було багато припущень про взаємодію між гравітацією і антиматерією. При цьому, деякі фізики стверджували, що антиматерія відштовхується гравітацією, а інші, що вона її «притягує».

Нове дослідження, проведене у співпраці з Антиводневим лазерним фізичним апаратом (ALPHA) в Європейській організації ядерних досліджень (ЦЕРН), можливо, врегулювало суперечка. Вчені виявили, що атоми антиводню, «антиматеріального» аналога водню, падають на Землю так само, як і їх еквіваленти речовини.

Дослідження показало, що гравітація впливає на антиречовину так само, як і на матерію. Фото: ЦЕРН

«У фізиці ви насправді нічого не знаєте, поки не спостерігаєте за цим. Це перший прямий експеримент, в якому насправді спостерігається гравітаційний вплив на рух антиматерії. Це віха у вивченні антиматерії, яка дотепер інтригує нас через її очевидну відсутність у Всесвіті», — пояснює Джеффрі Хангст, автор-кореспондент дослідження.

Що таке експеримент ALPHA і як він проходив?

Експеримент ALPHA пов’язаний зі створенням, захопленням і вивченням атомів антиводню в пастці. Атоми антиводню є електрично нейтральними і стабільними частинками антиматерії, що робить їх ідеальними для вивчення її гравітаційної поведінки. Антиводень створюють, об’єднуючи двокомпонентні античастинки, антипротони і позитрони.

Антипротон — це субатомна частка з тією ж масою, що і протон, але з негативним електричним зарядом.

Команда ALPHA недавно побудувала вертикальний апарат ALPHA-g, де «g» — локальне прискорення гравітації, яке становить 9,81 м/с2. ALPHA-g дозволяє виміряти вертикальне положення, в якому атоми антиводню зустрічаються з відповідною матерією — процес, відомий як анігіляція — після того, як магнітне поле пастки вимкнено, дозволяючи атомам «тікати».

На цьому малюнку показані атоми антиводню, падаючі і анігілюючи всередині магнітної пастки, що є частиною експерименту ALPHA-g в ЦЕРН по вимірюванню впливу гравітації на антиматерію. Фото: Національний науковий фонд США

Дослідники зловили групи з близько 100 атомів антиводню, по одній групі за раз. Потім вони повільно вивільнили атоми протягом 20 секунд, поступово зменшуючи струм в верхніх і нижніх магнітах-пастки.

Комп’ютерне моделювання передбачило, що 20% атомів будуть виходити через верхню частину пастки і 80% — через нижню. Ця різниця викликана низхідним ефектом сили тяжіння. Усереднючи результати семи випробувань, фізики виявили, що фракції антиатомів, що виходять через верхню і нижню частини, «вирівняються» з симуляцією. Це означає, що атоми антиводню падали так само, як атоми водню падають під дією 1g, або нормальної гравітації.

Таким чином, використовуючи апарат ALPHA-g, фізики ефективно відтворили знаменитий гравітаційний експеримент Галілея. Згідно з легендою, італійський вчений впустив залізні кульки різної ваги з вершини Пізанської вежі, і вони приземлилися одночасно. Таким чином він показав, що гравітація змушує об’єкти з різною масою будуть падати з однаковим прискоренням.

Що в підсумку?

Фізики кажуть, що їх висновки виключають існування «антигравітації». Однак цей експеримент знаменує собою тільки початок докладних, прямих досліджень гравітаційної природи антиматерії.

«Нам потрібно 30 років, щоб навчитися робити цей антиатом і контролювати його досить добре, щоб насправді кинути його. Причому, таким чином, щоб він був чутливий до сили тяжіння», — пояснюють автори дослідження. 

Наступна мета — виміряти прискорення якомога точніше. Фізики хочуть перевірити, чи дійсно матерія і антиматерія падають однаково. Дослідження опубліковано в журналі Nature, а в наведеному вище відео, підготовленому CERN, Джеффрі Хангст пояснює, як працює ALPHA-g, причини і результати гравітаційних експериментів з антиматерій і результати вчених.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Цей сайт використовує Akismet для зменшення спаму. Дізнайтеся, як обробляються ваші дані коментарів.

Back to top button