АЛБЕРТ АЈНШТАЈН БИЛ ВО ПРАВО Научниците блиску до решавање на мистеријата за антиматеријата
Истражувачите од Европската организација за нуклеарни истражувања во Швајцарија потврдија, со највисок степен на сигурност досега, дека физичарот Алберт Ајнштајн бил во право кога во својата Општа теорија на релативноста пред повеќе од сто години тврдел дека антиматеријата треба да се однесува како материја и да падне.
За време на Големата експлозија, материјата и антиматеријата требаше да се спојат и да се откажат една со друга, оставајќи ништо друго освен светлина, а зошто не го сторија тоа е една од најголемите мистерии на физиката, а откривањето на разликите помеѓу материјата и антиматеријата е клучот за решавање тоа.
И двете беа создадени во еднакви количини во Големата експлозија што го формираше нашиот универзум.
Иако материјата е насекаде, сега е тешко да се најде нејзината спротивност, сепак, најновата студија откри дека материјата и антиматеријата реагираат на гравитацијата на ист начин.
Набљудувањето на овој едноставен феномен им бегаше на физичарите со децении, а сега е потврдено дека, како и сè друго што ја доживува гравитацијата, антиматеријата паѓа надолу, се вели во студијата објавена во списанието „Nature“.
„Бидејќи гравитацијата е многу послаба од другите сеприсутни сили како што се електростатското привлекување или магнетизмот, нејзиното одвојување од другите ефекти во лабораторијата е деликатна работа“, вели Џефри Хангст, кој го води експериментот АЛФА во ЦЕРН.
Според него, гравитацијата е толку слаба што „навистина треба да се биде внимателен“.
За да го тестираат овој принцип, Хангст и неговите соработници дизајнирале експеримент за да покажат што се случува кога ќе падне неутрален атом на антиводород.
„Речиси е невозможно да се направи експеримент со наелектризирана честичка, така што антиводородот е совршен кандидат“, вели Хангст.
Честичките на антиматеријата рутински се создаваат во лаборатории, така што, на пример, повеќето честички произведени од високоенергетски судири на честички се направени во парови – една материја честичка и нејзината античестичка.
Но, тешко е да се направат античестичките да се комбинираат во антиатоми бидејќи честичките на антиматерија обично се многу краткотрајни.
Кога античестичката ќе се сретне со честичка, тие престануваат да постојат и повторно се претвораат во енергија, во процес наречен уништување.
Во свет направен првенствено од материја, ова им отежнува на честичките на антиматеријата да се пронајдат една со друга.
ЦЕРН во моментов е единственото место во светот каде што може да се направи антиводород.
Има акцелератор кој создава антипротони од судири на протони со голема брзина и „забавувач“ што ги забавува доволно за да се одржат за понатамошна манипулација.
Во експериментот ALFA-g, антипротоните се комбинираат со позитрони, собрани од радиоактивен извор.
Откако создале тенок гас од илјадници антиводородни атоми, истражувачите го турнале во вертикално вратило висока 3 метри, опкружена со суперспроводливи електромагнетни намотки.
Тие можат да создадат еден вид магнетна „калај конзерва“ за да спречат антиматеријата да дојде во контакт со материјата и да се уништи себеси.
Потоа, истражувачите пуштија некои од пожешките антиатоми да избегаат, па гасот во конзервата стана поладен, само 0,5°C над апсолутната нула – а преостанатите антиатоми полека се движеа.
Истражувачите потоа постепено ги ослабнаа магнетните полиња на врвот и на дното и ги открија антиатомите со помош на два сензори.
При отворање на кој било контејнер со гас, содржината има тенденција да се шири во сите правци, но во овој случај бавните брзини на антиатомите значеа дека гравитацијата има видлив ефект: повеќето од нив избегаа од долниот отвор, а само една четвртина од врвот. .
За да се уверат дека оваа асиметрија се должи на гравитацијата, истражувачите морале да ја контролираат јачината на магнетните полиња со голема прецизност.
Резултатите беа конзистентни со антиатомите кои се под влијание на истата гравитациона сила како и атомите на водород.
Маргините на грешка сè уште се прилично големи, но експериментот може барем дефинитивно да ја исклучи можноста антиводородот да паѓа нагоре.
Слични експерименти ќе имаат за цел да тестираат дали гравитацијата делува со иста сила на антиматеријата како и на материјата.
Дури и најмало несовпаѓање може да помогне да се реши еден од најголемите проблеми во физиката – како Универзумот е создаден речиси исклучиво од материја, иако еднакви количини материја и антиматерија се претпоставуваше дека дошле од Големата експлозија.
„Разликата во гравитациското однесување на материјата и антиматеријата би имала огромни импликации за физиката, но директното набљудување е сон со децении“, вели Клифорд Вил, теоретичар кој е специјализиран за гравитација на Универзитетот во Флорида во Гејнсвил.
Во светот на антиматеријата, атомските јадра се направени од негативно наелектризирани антипротони, орбитирани од позитивно наелектризирани антиелектрони или позитрони.
Меѓутоа, според стандардниот модел на физика на честички, спротивните полнежи треба да бидат главно единствената разлика: честичките и античестичките треба да ги имаат речиси сите исти својства.
Конкретно, експериментите потврдија дека позитроните и антипротоните имаат исти маси како и нивните материјски колеги, во рамките на мали експериментални грешки.
Според општата теорија на релативноста на Ајнштајн, сите објекти со иста маса треба да имаат иста тежина, односно да имаат потполно исто гравитациско забрзување.
Во 2010 година, тимот на Хангст беше првиот кој долго време фати антиводород, а почнувајќи од 2016 година, тие беа во можност да измерат како антиатомите апсорбираат светлина.
„Но, гравитациониот експеримент бараше ново ниво на софистицираност. Ова е убедливо најтешката работа што сме ја направиле“, вели тој.
Руџеро Каравита, физичар од италијанскиот национален институт за нуклеарна физика во Тренто, истакнува дека никој не би очекувал антиматеријата да испадне бидејќи антипротоните се направени од антикваркови, кои сочинуваат помалку од 1 процент од масата на антипротонот, додека остатокот е енергијата што ги држи заедно.
„Очекувавме дека секое отстапување, доколку има, не може да биде поголемо од 1 процент. Ако се оди подалеку од тоа, ќе се наруши не само теоријата на гравитација, туку и стандардниот модел на физиката на честичките. Сепак, резултатот АЛФА-г беше пресвртница“, додаде тој.
Каравита го води третиот експеримент на ЦЕРН, наречен AEgIS, кој ќе се обиде да ја измери гравитационата сила на зрак од атоми на антиводород во отсуство на какво било магнетно поле.
Самата АЛФА-г има за цел да постигне 1 процент точност со тоа што им дозволува на атомите на антиводородот да отскокнуваат нагоре и надолу и да формираат квантна суперпозиција со себе.
Но, само затоа што антиматеријата не паѓа, тоа не значи дека паѓа со точно иста брзина како и материјата.
За следните чекори во истражувањето, тимот го надградува својот експеримент за да го направи почувствителен, за да види дали има мала разлика во стапката на паѓање на антиматеријата, се вели во студијата.
