АЛБЕРТ АЈНШТАЈН ЈЕ БИО У ПРАВУ Научници близу решења мистерије антиматерије

Током Великог праска, материја и антиматерија је требало да се комбинују и пониште једно друго, не остављајући ништа осим светлости, а зашто нису, једна је од великих мистерија физике и откривање разлика између материје и антиматерије је кључ за њено решавање.

Оба су створена у једнаким количинама у Великом праску који је формирао наш универзум.

Иако је материја свуда, сада је тешко пронаћи њену супротност, међутим, најновија студија је открила да материја и антиматерија реагују на гравитацију на исти начин.

Посматрање овог једноставног феномена измицало је физичарима деценијама, а сада је потврђено да, као и све остало што доживљава гравитацију, антиматерија пада надоле, наводи се у студији објављеној у часопису "Натуре".

"Пошто је гравитација много слабија од других свеприсутних сила као што су електростатичко привлачење или магнетизам, одвајање од других ефеката у лабораторији је деликатна ствар", каже Џефри Хангст, који води експеримент АЛПХА-г у ЦЕРН-у.

Према његовим речима, гравитација је веома слаба да "заиста морате бити опрезни“.

Да би тестирали овај принцип, Хангст и његови сарадници су осмислили експеримент који би показао шта се догађа када се испусти неутрални атом антиводоника.

„Скоро је немогуће урадити експеримент са наелектрисаном честицом, тако да је антиводоник савршен кандидат“, каже Хангст.

Честице антиматерије се рутински стварају у лабораторијама, па је, на пример, већина честица произведених сударима честица високе енергије је направљена у паровима - једна честица материје и њена античестица.

 Али тешко је натерати античестице да се комбинују у антиатоме јер су честице антиматерије обично веома кратког века.

Када се античестица сретне са честицом, оне престају да постоје и поново се претварају у енергију, у процесу који се зове анихилација.

У свету направљеном првенствено од материје, то отежава честицама антиматерије да пронађу једна другу.

ЦЕРН је тренутно једино место на свету где се може направити антиводоник.

 Има акцелератор који ствара антипротоне од судара протона великом брзином и 'успоривач' који их успорава довољно да се одрже за даљу манипулацију.

 У експерименту АЛФА-г комбинују се антипротони са позитронима, сакупљеним из радиоактивног извора.

Након што су направили танак гас од хиљада атома антиводоника, истраживачи су га гурнули у вертикалну осовину високу 3 метра окружену суперпроводним електромагнетним калемовима.

Они могу створити неку врсту магнетне 'лимене конзерве' да би спречили да антиматерија дође у контакт са материјом и да се уништи.

Затим су истраживачи пустили неке од топлијих антиатома да побегну, тако да је гас у конзерви постао хладнији, на само 0,5 °Ц изнад апсолутне нуле - а преостали антиатоми су се полако кретали.

Истраживачи су затим постепено ослабили магнетна поља на врху и дну и детектовали антиатоме користећи два сензора.

Приликом отварања било које посуде за гас, садржај има тенденцију да се шири у свим правцима, али у овом случају мале брзине антиатома су значиле да је гравитација имала видљив ефекат: већина њих је изашла из доњег отвора, а само једна четвртина из горњег.

Да би се уверили да је ова асиметрија последица гравитације, истраживачи су морали да контролишу јачину магнетних поља са великом прецизношћу.

Резултати су били у складу са антиатомима на које делује иста сила гравитације као и на атоме водоника.

Границе грешке су и даље прилично велике, али експеримент може барем дефинитивно искључити могућност да антиводоник пада навише.

Слични експерименти ће имати за циљ да испитају да ли гравитација делује са истом снагом на антиматерију као и на материју.

И најмање неслагање могло би да помогне у решавању једног од највећих проблема у физици - како је Универзум настао скоро искључиво од материје, иако су једнаке количине материје и антиматерије требало да настану из Великог праска.

"Разлика у гравитационом понашању материје и антиматерије имала би огромне импликације на физику, али директно посматрање био је сан већ деценијама", каже Клифорд Вил, теоретичар који се специјализовао за гравитацију на Универзитету Флорида у Гејнсвилу.

У свету антиматерије, атомска језгра су направљена од негативно наелектрисаних антипротона, око којих круже позитивно наелектрисани антиелектрони или позитрони.

Међутим, према стандардном моделу физике честица, супротна наелектрисања би требало да буду углавном једина разлика: честице и античестице треба да имају скоро сва иста својства.

Конкретно, експерименти су потврдили да позитрони и антипротони имају исте масе као и њихови пандани материје, у границама малих експерименталних грешака.

Према Ајнштајновој општој теорији релативитета, сви објекти исте масе треба да имају исту тежину, односно, требало би да имају потпуно исто гравитационо убрзање.

Хангстов тим је 2010. године био први који је успео да ухвати антиводоник на дуже време, а почевши од 2016. могли су да измере како антиатоми апсорбују светлост.

"Али експеримент са гравитацијом захтевао је нови ниво софистицираности. Ово је далеко најтежа ствар коју смо урадили", каже он.

Руђеро Каравита, физичар са Италијанског Националног института за нуклеарну физику у Тренту, истиче да нико не би очекивао да ће антиматерија испасти јер су антипротони направљени од антикваркова који они чине само мање од 1 одсто масе антипротона, док је остатак енергија која их држи заједно.

 „Очекивали смо да било које одступање, ако постоји, не може бити веће од 1 одсто. Одлазак даље од тога би порушио не само теорију гравитације, већ и стандардни модел физике честица. Ипак, АЛПХА-г резултат је био прекретница“, додао је он.

Каравита води трећи експеримент ЦЕРН-а, назван АЕгИС, који ће покушати да измери гравитациону силу на снопу атома антиводоника у одсуству било каквог магнетног поља.

Сам АЛПХА-г  има за циљ прецизност од 1 одсто пуштајући атоме антиводоника да ударају горе-доле и формирају квантну суперпозицију са самим собом.

Али само зато што антиматерија не пада, то не значи да пада потпуно истом брзином као материја.

За наредне кораке у истраживању, тим надограђује свој експеримент како би га учинио осетљивијим, да види да ли постоји мала разлика у брзини пада антиматерије, наводи се у студији.