Είναι επίσημο: Η αντιύλη πέφτει κάτω, όχι επάνω.
Σε ένα πρώτο στο είδος του πείραμα, οι επιστήμονες έριξαν άτομα αντιυδρογόνου και τα είδαν να πέφτουν, δείχνοντας ότι η βαρύτητα έλκει την αντιύλη προς τη Γη, αντί να την απωθεί.
Η μελέτη επιβεβαιώνει έναν πυλώνα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν που είναι γνωστή ως η αρχή της ασθενούς ισοδυναμίας. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, η βαρύτητα έλκει κάθε αντικείμενο με τον ίδιο τρόπο, ανεξάρτητα από το τι αποτελείται. «Αυτή η ιδέα βρίσκεται στο επίκεντρο της κατανόησης της βαρύτητας», λέει ο φυσικός Ruggero Caravita, ο οποίος δεν ασχολήθηκε με τη νέα εργασία.
Η αντιύλη είναι η κατοπτρική εικόνα της ύλης, που φέρει το αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο αλλά την ίδια μάζα. Το αντισωματίδιο ενός ηλεκτρονίου, για παράδειγμα, είναι ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο που ονομάζεται ποζιτρόνιο. Το alter ego ενός πρωτονίου είναι ένα αρνητικά φορτισμένο αντιπρωτόνιο, και ούτω καθεξής.
Διαβάστε επίσης: Η κοσμική αντιύλη υπαινίσσεται την προέλευση τεράστιων φυσαλίδων στο κέντρο του γαλαξία μας
Οι περισσότεροι φυσικοί δεν διασκέδασαν σοβαρά την ιδέα ότι η αντιύλη θα μπορούσε να πέσει προς τα πάνω αντί να πέσει κάτω, λέει ο Jeffrey Hangst του Πανεπιστημίου Aarhus στη Δανία. Αλλά οι επιστήμονες δεν είχαν ποτέ τη δυνατότητα να το δοκιμάσουν απευθείας πριν. «Η αντιύλη είναι κάπως μυστηριώδης… επομένως θέλουμε να επιβεβαιώσουμε αυτή τη συμπεριφορά», λέει ο Hangst, ο οποίος είναι ο εκπρόσωπος της συνεργασίας Antihydrogen Laser Physics Apparatus, ή ALPHA, που ανέφερε το νέο αποτέλεσμα.
Όχι μόνο η αντιύλη έπεσε όπως αναμενόταν, αλλά έπεσε και με την ίδια περίπου επιτάχυνση με την κανονική ύλη, διαπίστωσε η ομάδα.
Τα αποτελέσματα, που περιγράφονται στις 28 Σεπτεμβρίου Φύση, παρουσιάζουν τον αυξανόμενο έλεγχο των επιστημόνων πάνω στην αντιύλη, και ειδικότερα στο αντιυδρογόνο. Η αντιύλη είναι μια πονηρή ουσία με την οποία μπορεί να είναι δύσκολο να εργαστεί κανείς. Αν αγγίξει οτιδήποτε από ύλη – τα τοιχώματα ενός δοχείου αποθήκευσης ή μόρια αέρα – εξαφανίζεται γρήγορα. Χρειάστηκαν δεκαετίες δουλειάς για να μετρηθεί οποιαδήποτε επίδραση της βαρύτητας στην αντιύλη, λέει ο Hangst.
Στο πείραμα, που πραγματοποιήθηκε στο ευρωπαϊκό εργαστήριο CERN κοντά στη Γενεύη, οι επιστήμονες παγίδευσαν άτομα αντιυδρογόνου με ισχυρά μαγνητικά πεδία. Αυτά τα άτομα αντιυδρογόνου δημιουργήθηκαν με ανάμειξη αντιπρωτονίων, που δημιουργήθηκαν στο CERN, με ποζιτρόνια από μια ραδιενεργή πηγή.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές απελευθέρωσαν το αντιυδρογόνο από το μαγνητικό του κλουβί, μετρώντας πόσα άτομα ανέβηκαν προς τα κάτω. Εάν η βαρύτητα μεταχειρίζεται την αντιύλη και την ύλη εξίσου, τα περισσότερα άτομα θα πρέπει να πέσουν κάτω, με μερικά να πετούν προς τα πάνω λόγω των αρχικών κινήσεων των ατόμων. Αυτό ακριβώς βρήκαν οι ερευνητές.
«Είναι μια πολύ ωραία, πολύ προσεγμένη και πολύ απλή ιδέα», λέει ο θεωρητικός φυσικός Yunhua Ding από το Πανεπιστήμιο του Οχάιο Wesleyan στο Ντέλαγουερ του Οχάιο, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Για να επιβεβαιώσουν περαιτέρω ότι το αντιυδρογόνο συμπεριφέρθηκε όπως αναμενόταν, οι ερευνητές άλλαξαν τα μαγνητικά πεδία για να ωθήσουν τα άτομα προς τα πάνω, ακυρώνοντας το φαινόμενο της βαρύτητας. Σε αυτό το τεστ, περίπου ίσος αριθμός ατόμων ανέβηκε και κατέβηκε. Η περαιτέρω μεταβολή των μαγνητικών πεδίων ταίριαζε επίσης με τις προσδοκίες.
Προηγούμενα πειράματα υπαινίχθηκαν ήδη ότι η βαρύτητα μεταχειρίζεται την ύλη και την αντιύλη το ίδιο. Το 2022, το πείραμα BASE, επίσης στο CERN, ανέφερε ότι οι ταλαντώσεις περιορισμένων αντιπρωτονίων επιβεβαίωσαν έμμεσα ότι η ύλη και η αντιύλη αισθάνονται την ίδια έλξη της βαρύτητας (SN: 1/5/22). Αλλά το πείραμα του ALPHA είναι το πρώτο που παρατηρεί άμεσα σωματίδια αντιύλης που πέφτουν.
Η ιδέα ότι διαφορετικοί τύποι αντικειμένων πέφτουν με την ίδια επιτάχυνση προϋπήρχε πολύ πριν από τον Αϊνστάιν. Ο θρύλος αναφέρει ότι τον 16ο αιώνα, ο Γαλιλαίος έριξε διάφορα αντικείμενα από τον Πύργο της Πίζας για να δείξει αυτό το αποτέλεσμα. Οι επιστήμονες το έχουν δοκιμάσει από τότε σε διάφορες καταστάσεις, ακόμη και με αντικείμενα σε τροχιά γύρω από τη Γη (SN: 14/9/22). Αλλά δεν είχαν κάνει ποτέ το τεστ με αντιύλη μέχρι τώρα.
Αν και οι φυσικοί δεν περίμεναν ότι η αντιύλη θα πέσει, ορισμένοι ερευνητές έχουν προτείνει ότι η αντιύλη μπορεί να πέσει με ελαφρώς διαφορετική επιτάχυνση από την κανονική ύλη. «Αν βρούμε έστω και την παραμικρή διαφορά, αυτό θα ήταν μια ένδειξη ότι κάτι νέο συμβαίνει», λέει ο Caravita, του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής στο Τρέντο της Ιταλίας, ο οποίος είναι ο εκπρόσωπος της συνεργασίας AEgIS στο CERN. Το AEgIS είναι ένα από ένα σύνολο πειραμάτων που εργάζονται επίσης για τη μέτρηση της επίδρασης της βαρύτητας στην αντιύλη.
Το τρέχον πείραμα δεν είναι αρκετά ακριβές για να υποστηρίξει αυτές τις λεπτές διαφορές. Αλλά νέες τεχνικές, όπως η ψύξη των ατόμων αντιυδρογόνου με λέιζερ, θα μπορούσαν να κάνουν τις μελλοντικές δοκιμές πιο ακριβείς (SN: 4/5/21). Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να δουν, όταν πρόκειται για την ύλη και την αντιύλη, εάν η βαρύτητα είναι πραγματικά αγνωστικιστική.
Διαβάστε επίσης:
Τα ηλεκτρόνια είναι εξαιρετικά στρογγυλά, επιβεβαιώνει μια νέα μέτρηση
Έρευνα μικροβαρύτητας πριν από την παράδοση φορτίου και νέο πλήρωμα
Ένα πλακίδιο «βαμπίρ Αϊνστάιν» ξεπερνά το τελευταίο κατόρθωμα των μαθηματικών
