Вверх или вниз? Физики выясняют, куда падает антивещество

Физики из ЦЕРНа обнаружили, что антивещество падает. Конечно, это звучит как очевидная вещь, но ученые еще не смогли подтвердить, что она реагирует на гравитацию точно так же, как и обычная материя. На данный момент лучший ответ дает новый эксперимент.

Антивещество очень похоже на материю, из которой состоит все вокруг нас, с одним важным отличием: ее частицы имеют противоположный электрический заряд. И это простое различие имеет несколько важных последствий - всякий раз, когда частица и ее античастица встречаются, они аннигилируют друг друга.

К счастью для нас, основанных на материи, антивещество чрезвычайно редко встречается во Вселенной, но никто точно не знает почему. Большой взрыв должен был произвести равное количество вещества и антивещества, что в конечном итоге привело бы к уничтожению всего содержимого Вселенной миллиарды лет назад. Тот факт, что мы сегодня здесь, чтобы задать вопрос, показывает, что какой-то неизвестный фактор создал дисбаланс.

Итак, физики внимательно изучают антивещество, чтобы увидеть, есть ли какие-либо другие отличия между ним и обычным веществом, помимо заряда, которые могли бы объяснить дисбаланс. Стандартная модель гласит, что другой разницы быть не должно, поэтому, если ученые что-то найдут, это может открыть совершенно новый мир физики.

Это означает, что нужно вернуться к основам и изучить антивещество. Например, каждый элемент поглощает и излучает свет разных длин волн, создавая уникальный отпечаток, называемый спектром излучения. Антивещество должно иметь тот же спектр, что и его материальный аналог, но только в 2016 году ученые ЦЕРН окончательно проверили его. Конечно, было обнаружено, что антиводород имеет тот же спектр, что и водород.

Как антивещество реагирует на гравитацию - еще один, казалось бы, простой вопрос, на изучение которого потребовались годы. Это может звучать так, как будто мы уже должны знать, но большую часть времени антивещество подвешено в электромагнитных ловушках, чтобы оно не аннигилировало с контейнерами. Ожидается, что антивещество должно реагировать на гравитацию так же, как и обычное вещество, но есть небольшой шанс, что это не так, и вместо этого оно может упасть вверх .

Чтобы проверить идею, команда поместила антипротоны и отрицательно заряженные ионы водорода в электромагнитное устройство, называемое ловушкой Пеннинга. Оказавшись внутри, частицы следуют по циклической траектории, и, измеряя их частоту, ученые могут вычислить их отношение заряда к массе. Это соотношение должно быть одинаковым как для частиц вещества, так и для частиц антивещества, но любое различие может быть связано с вариациями их взаимодействия с гравитацией.

И действительно, команда обнаружила, что вещество и антивещество одинаково реагируют на гравитацию. По крайней мере, в пределах неопределенности эксперимента, которая находится в пределах 97 процентов от гравитационного ускорения, испытываемое частицами. Команда утверждает, что это в четыре раза точнее, чем в предыдущих экспериментах.

Однако это все еще оставляет место для новой физики. Другие эксперименты проверяют взаимодействие антивещества с гравитацией с помощью того, что звучит как гораздо более простой подход - отбрасывая частицы антивещества и наблюдая, куда они уходят. Если эти команды найдут результаты, отличные от текущего эксперимента, это может намекнуть на физику за пределами Стандартной модели.