В ЦЕРНе сделано важное открытие в области антиматерии
Международная группа физиков из ЦЕРН сообщила о крупном открытии, касающемся неуловимой формы материи — антиматерии. Эксперименты показывают, что антиматерия реагирует на гравитацию так же, как и обычная материя, что подтверждает теорию, предложенную Альбертом Эйнштейном более века назад.
Тайна антиматерии
Антиматерия — это форма материи, состоящая из субатомных частиц, называемых античастицами, которые имеют заряды, противоположные зарядам обычных частиц материи. Например, античастица электрона, называемая позитроном, имеет положительный заряд, а электрон — отрицательный. Таким образом, антивещество состоит из антипротонов, антинейтронов, позитронов и других античастиц, соответствующих частицам материи.
Следует также отметить, что при встрече частиц материи с частицами антиматерии происходит их аннигиляция с выделением большого количества энергии в виде гамма-фотонов. Эта реакция аннигиляции является одной из наиболее известных характеристик антивещества.
Эта форма материи и сегодня представляет собой проблему. Одной из самых интригующих загадок космологии является вопрос о том, почему в наблюдаемой Вселенной существует асимметрия между количеством материи и антиматерии.
Согласно современным теориям, в момент Большого взрыва материя и антиматерия должны были образовываться в равных количествах, что означало бы, что Вселенная должна состоять почти исключительно из энергии, без обычной материи. Однако сегодня этого не происходит. Это позволяет предположить, что произошел дисбаланс в производстве материи и антиматерии или что неизвестные процессы привели к исчезновению больших количеств антиматерии.
Более глубокое понимание фундаментальных законов физики в субатомном масштабе может дать ключ к разгадке происхождения этой асимметрии, что и возвращает нас к данной работе.
Антиводород реагирует на гравитацию
Согласно принципу симметрии CPT (charge, parity, time reversal), антивещество должно быть точной копией материи с точки зрения фундаментальных физических свойств, за исключением противоположных зарядов. Это означает, что антиматерия должна подчиняться тем же законам физики, что и материя. Однако это еще нужно было доказать.
Для этого в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) ученые поймали и изучили частицы антиводорода (состоящие из антипротона в центре и вращающегося вокруг него положительно заряженного позитрона) в структуре с управляемыми магнитными полями на обоих концах. Чтобы пронаблюдать за влиянием гравитации на эти частицы антивещества, исследователи уменьшили напряженность магнитного поля на каждом конце, что позволило частицам вырваться наружу.
Каждая частица двигалась к верхней или нижней части магнитной структуры и производила своего рода маленькую вспышку. Затем исследователи подсчитали эти вспышки и обнаружили, что 80% из них направлены в сторону дна, а не верха. Эти результаты были повторены десятки раз.
Эйнштейн был прав (в очередной раз)
Исследователи доказали, что антиматерия реагирует на гравитацию так же, как и обычная материя. Тот факт, что эта форма материи падает на землю и не левитирует, как можно было бы ожидать от формы материи, “противоположной” обычной, означает, что антигравитации не существует, по крайней мере, в том, что касается антиматерии.
Это еще одно подтверждение общей теории относительности Эйнштейна, согласно которой все массы, независимо от различий в их внутренней структуре, реагируют на гравитацию одинаково.
“Если вы пройдете по коридорам этого отдела и спросите физиков, то все они скажут вам, что этот результат нисколько не удивителен. Это правда“, — объясняет Джонатан Вуртел (Jonathan Wurtele) из Калифорнийского университета в Беркли и соавтор нового исследования. “Однако большинство из них также скажут, что эксперимент необходимо было провести, поскольку никогда нельзя быть уверенным“.
Команда также обнаружила, что гравитационное ускорение антиводорода близко к ускорению обычной материи и составляет 9,8 м/с. Этот результат должен быть применим и к другим частицам антивещества, считают исследователи.
Но если материя и антиматерия ведут себя так одинаково, то где же во Вселенной находится недостающее антивещество? Этот вопрос пока остается открытым.
Подробности этой работы опубликованы в журнале .
