kozmos.hr
Astronomija

Materija i antimaterija jednako reagiraju na gravitaciju?

objavljeno

Tim istraživača koji provodi niz eksperimenta detaljnog i preciznog mjerenja omjera naboja i mase protona i antiprotona otkrio je da materija i antimaterija odgovaraju na gravitaciju na isti način.

Materija i antimaterija

Materija i antimaterija stvaraju neke od najzanimljivijih problema u fizici danas. Oni su u biti ekvivalentni, uz razliku da ako čestica ima pozitivan naboj, njezina antičestica ima negativan naboj. U drugim aspektima izgledaju jednako. Međutim, jedna od velikih misterija današnje fizike, poznata kao „barionska asimetrija“, jest da, unatoč činjenici da se čine ekvivalentnima, Svemir se čini u potpunosti sastavljen od materije, s vrlo malo antimaterije. Naravno, znanstvenici diljem svijeta trude se pronaći nešto drugačije između njih dvoje, što bi moglo objasniti zašto postojimo.

Kao dio ove potrage, znanstvenici su istraživali jesu li materija i antimaterija na sličan način u interakciji s gravitacijom ili bi antimaterija doživjela gravitaciju na drugačiji način od materije, što bi narušilo Einsteinovo slabo načelo ekvivalencije. Novo istraživanje sugerira da – unutar strogih granica –antimaterija zapravo reagira na gravitaciju na isti način kao i materija.

Nalaz, objavljen u časopisu Nature, zapravo je došao iz drugog eksperimenta koji je ispitivao omjere naboja i mase protona i antiprotona, jedno od drugih važnih mjerenja koje bi moglo odrediti ključnu razliku između njih.

Slučajno otkriće

Ovaj rad uključivao je 18 mjeseci rada u CERN-ovoj tvornici antimaterije. Kako bi izvršili mjerenja, tim je zatvorio antiprotone i negativno nabijene vodikove ione, koje su koristili kao zamjenu za protone, u Penningovu zamku. U ovom uređaju čestica slijedi cikličku putanju s frekvencijom, bliskom frekvenciji ciklotrona, koja se mijenja s jačinom magnetskog polja zamke i omjerom naboja i mase čestice. Unošenjem antiprotona i negativno nabijenih vodikovih iona u zamku, jednog po jednog, uspjeli su izmjeriti, pod identičnim uvjetima, ciklotronske frekvencije dvaju vrsta čestica, uspoređujući njihov omjer naboja i mase.

Prema riječima Stefana Ulmera, voditelja projekta, „Na taj način smo uspjeli dobiti rezultat da su u suštini ekvivalentni, u stupnju četiri puta precizniji od prethodnih mjera. Na ovu razinu CPT invarijantnosti, uzročnosti i lokaliteta drže u relativističkim kvantnim teorijama polja Standardnog modela.“

Princip slabe ekvivalencije

Zanimljivo je da je skupina koristila mjerenja za testiranje temeljnog zakona fizike poznatog kao princip slabe ekvivalencije. Prema ovom principu različita tijela u istom gravitacijskom polju trebala bi podvrgnuti istom ubrzanju u nedostatku sila trenja. Budući da je eksperiment BASE postavljen na površinu Zemlje, mjerenja protonske i antiprotonske ciklotronske frekvencije vršena su u gravitacijskom polju na površini Zemlje, a svaka razlika između gravitacijske interakcije protona i antiprotona rezultirala bi razlikom između ciklotronske frekvencije.

Uzorkovanjem gravitacijskog polja Zemlje dok planet kruži oko Sunca znanstvenici su otkrili da materija i antimaterija reagiraju na gravitaciju na isti način do stupnja od tri dijela u 100, što znači da su gravitacijsko ubrzanje materije i antimaterije identično unutar 97% doživljenog ubrzanja.

Ulmer dodaje da bi ova mjerenja mogla dovesti do nove fizike. On kaže: „Točnost gravitacijske interakcije od 3% dobivena u ovoj studiji usporediva je s ciljem točnosti gravitacijske interakcije između antimaterije i materije koju druge istraživačke grupe planiraju mjeriti korištenjem slobodnih padajućih atoma vodika. Ako rezultati naša studija se razlikuje od studija drugih skupina, mogla bi dovesti do zore potpuno nove fizike.“

Znanstvenici iz NASA-e, DARPA-e i MIT-a raspravljat će o ‘anti-gravitacijskoj’ tehnologiji

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Stefan Ulmer et al., „A 16-parts-per-trillion measurement of the antiproton-to-proton charge–mass ratio“, Nature (2022).

Riken (5. siječnja 2022.), „Matter and antimatter seem to respond equally to gravity,“ phys.org (pristup 7. siječnja 2022.)

Ja sam Filip Šimunjak, student sam završne godine studija ranonovovjekovnog povijesti na Filozofskom fakultetu u Zagrebu. U slobodno vrijeme volim čitati i pisati. Svemir, astronomija i astrofizika fasciniraju me od mladosti.