Идеята за антигравитация на антиматерията е опровергана от експеримент на научния колектив, работещ с детектора ALPHA в ЦЕРН, който показа, че антиводородът, комбинация от антипротон и антиелектрон, се притегля надолу от гравитацията. Това е в съответствие с Общата теория на относителността на Айнщайн, която предхожда откриването на антиматерията и предполага, че всяка материя, нормална или анти, реагира еднакво на гравитационните сили.
Въпреки това, поради редица причини полученият резултат не бе очевиден предварително. 

Принципът на еквивалентност между силите на гравитацията и инерцията в Общата теория на относителността на Айнщайн гласи, че всички обекти, независимо от тяхната маса или специфичен състав, трябва да падат в гравитационно поле в една и съща посока. Другото заключение е просто несъвместимо с представата за гравитацията в Общата теория на относителността.

Въпреки това идеята, че антиматерията и материята могат да бъдат повлияни по различен начин от гравитацията, е примамлива, защото потенциално би могла да обясни някои космически главоблъсканици. Например, това би могло да доведе до пространственото разделяне на материята и антиматерията в ранната вселена, обяснявайки защо виждаме много малко количество антиматерия във вселената около нас. Повечето теории прогнозират, че равни количества материя и антиматерия трябва да са били произведени по време на Големия взрив, който е родил Вселената.

Затова, в течение на десетилетия, редица физици се опитват да изложат други предположения - базирайки опитите си на факта, че Общата теория на относителността има някои слабости.

Първият е състоянието на сингулярност (в което физическите закони не работят и времето не тече) в момента на началото на Големия взрив. Второто, мнозина считат липсата на квантова теория за гравитацията - поради модата на квантовия подход, тези учени смятат, че гравитацията трябва да се описва от такава позиция, въпреки че самият Айнщайн не споделя това мнение.

В този смисъл да се определи дали антиматерията се държи според прогнозите на неговата теория или както предполагат много привърженици на създаването на квантовата теория за гравитацията е много важна. Ако антиматерията "падне" нагоре, тогава основните постулати на Общата теория на относителността трябва да бъдат коригирани или, както го формулират други изследователи: се отваря се вратата за "новата физика".

Съществуват и хипотези, че антиматерията ще бъде отблъсната от обикновената гравитация, въз основа на която би било възможно да се създадат "антигравитационни машини". 

Част от детектора ALPHA-g, използван в новия експеримент. Кредит: CERN

На практика се оказа изключително трудно да се изясни въпросът: антиматерията трудно се създава и изолира от обикновената материя, така че магнитните полета, които я задържат, да не замъгляват ефекта на гравитацията върху античастицата.

През 2018 г. специален екип в CERN стартира ALPHA-g, специализиран магнитен капан за антиводородни атоми, предназначен специално да тества тази възможност. Атомите на антиматерията - антиатомите - първо са уловени във вакуумна камера и след това магнитните сили, действащи върху тях, са изключени, а именно те задържат атомите плаващи в празното пространство. Така може директно да се види къде ще падне антиматерията.

Според изчисленията, ако принципът на слабата еквивалентност на Общата теория на относителността е верен, 20 % от всички антиводородни атоми, хванати в капана, трябва да го напуснат през горната част и 80 процента през дъното. Точно това се случва при многократните експерименти.

Така научния екип изследователи успява да документира, че движението на антиматерията в цилиндър се случва точно като това на обикновените атоми - надолу, а не нагоре. Това окончателно изключва хипотезата за "антигравитацията".

В същото време, отбелязват авторите на статията в списание Nature, остава неясно колко силно антиматерията се привлича от гравитацията на Земята. От гледна точка на Общата теория на относителността това би трябвало е по абсолютно същия начин, както при обикновената материя.

Гравитационното ускорение на антиматерията, до което екипът достига, е близко до това на нормалната материя на Земята: 1 g, или 9,8 метра в секунда на втора степен. Те постигат точност в рамките на около 25% (едно стандартно отклонение) от нормалната гравитация.

Тази точност на ALPHA-g не е достатъчна, за да потвърди експериментално дали гравитационното ускорение на антиматерията е същото като на нормалната материя. Учените се надяват да постигнат този резултат в бъдеще.

Справка: “Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter” by E. K. Anderson, C. J. Baker, W. Bertsche, N. M. Bhatt, G. Bonomi, A. Capra, I. Carli, C. L. Cesar, M. Charlton, A. Christensen, R. Collister, A. Cridland Mathad, D. Duque Quiceno, S. Eriksson, A. Evans, N. Evetts, S. Fabbri, J. Fajans, A. Ferwerda, T. Friesen, M. C. Fujiwara, D. R. Gill, L. M. Golino, M. B. Gomes Gonçalves, P. Grandemange, P. Granum, J. S. Hangst, M. E. Hayden, D. Hodgkinson, E. D. Hunter, C. A. Isaac, A. J. U. Jimenez, M. A. Johnson, J. M. Jones, S. A. Jones, S. Jonsell, A. Khramov, N. Madsen, L. Martin, N. Massacret, D. Maxwell, J. T. K. McKenna, S. Menary, T. Momose, M. Mostamand, P. S. Mullan, J. Nauta, K. Olchanski, A. N. Oliveira, J. Peszka, A. Powell, C. Ø. Rasmussen, F. Robicheaux, R. L. Sacramento, M. Sameed, E. Sarid, J. Schoonwater, D. M. Silveira, J. Singh, G. Smith, C. So, S. Stracka, G. Stutter, T. D. Tharp, K. A. Thompson, R. I. Thompson, E. Thorpe-Woods, C. Torkzaban, M. Urioni, P. Woosaree and J. S. Wurtele, 27 September 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06527-1

Източник: Antimatter Levitation Debunked: Groundbreaking CERN Experiment Reveals Gravity’s Pull on Antihydrogen, UC Berkeley

Още по темата

25/05/2022

Физика

Антипротони в свръхфлуид: Хибридният атом от антиматерия и материя се държи по неочакван начин

25/03/2022

Физика

Рекордна проява на асиметрията материя-антиматерия е наблюдавана в Големия адронен колайдер

15/11/2019

Физика

Дали антиматерията и тъмната материя имат нещо общо?

04/01/2017

Космос

Може ли да съществуват галактики от антиматерия