Материя падает вниз. А куда падает антиматерия? Теперь физики знают ответ

28 сентября 2023 в 1695901380
Паллаб Гош, BBC News Русская служба

Ученым удалось сделать ключевое открытие, касающееся свойств антиматерии - загадочной субстанции, которой было в избытке на заре существования Вселенной. Они пришли к выводу, что атомы антиматерии тоже падают вниз под воздействием силы тяжести, пишет Русская служба Би-би-си.

Антиматерия, как следует из самого названия, - это нечто противоположное материи, из которой состоят звезды и планеты.

Во время Большого взрыва материя и антиматерия должны были соединиться и взаимно аннигилироваться, оставив после себя лишь свет. Однако этого не произошло - каким-то образом в первые моменты возникновения Вселенной материи удалось взять верх над антиматерией. А почему - остается главной загадкой современной физики, и ключом к ее решению обещает стать выяснение разницы между материей и антиматерией.

Многие годы ученые пытались выяснить, в чем состоят различия между поведением материи и антиматерии, и в частности, как антиматерия реагирует на силу притяжения.

Так, если бы выяснилось, что антиматерия, как предсказывали некоторые ученые, под воздействием гравитационных сил «падает» вверх, то пришлось бы пересматривать все сложившиеся представления о физике, в том числе и Теорию относительности.

И вот теперь оказалось, что ничего рушить не надо, потому что исследователи (результаты их исследований опубликованы в издании Nature) пришли к однозначному выводу: атомы антиматерии все же падают вниз, как и положено.

Впрочем, это вызывает массу новых вопросов.

Антиматерия - штука почти неуловимая, она присутствует во Вселенной, но очень кратковременно - считаные доли секунды. Поэтому для экспериментов с антиматерией специалистам ЦЕРН пришлось сделать все возможное, чтобы продлить срок ее жизни.

Профессор Джеффри Хангст 30 лет своей жизни посвятил строительству лаборатории, в которой из элементарных частиц создают буквально считаные (речь идет о тысячах, что на атомном уровне - капля в море) атомы антиматерии, которые потом замедляют, улавливают в магнитном поле и… роняют.

- Антиматерия - это самая крутая, самая загадочная штука, которую можно себе представить, - заявил в интервью Би-би-си профессор Хангст. - Насколько мы понимаем, можно создать Вселенную вроде нашей, в которой будем мы с вами, только сделанные из антиматерии.

Что такое антиматерия?

Начнем с того, что такое материя: все в нашем мире состоит из нее, из крошечных частиц, называемых атомами.

Самым простым считается атом водорода, именно из водорода по большей части состоит Солнце. В свою очередь, атом водорода сделан из положительно заряженного протона, находящегося в центре, и отрицательно заряженного электрона, пребывающего на орбите вокруг него (в случае с электроном нельзя сказать, что он где-то находится, потому что он одновременно является и частицей, и волной).

В случае с антивеществом, как следует из самого названия, все обстоит с точностью до наоборот. У антиводорода, который используется в экспериментах ЦЕРН, в середине атома находится негативно заряженный протон (антипротон), а на орбите вокруг него - позитивная версия электрона, он же позитрон.

Антипротоны получают при столкновении частиц на ускорителях ЦЕРН на скоростях, близких к скорости света. Но на таких скоростях они неуловимы для исследователей и не поддаются контролю, поэтому их необходимо замедлить. Для этого их отправляют в полет по длинному подземному кольцу из специальных труб, где они начинают терять энергию и поддаваться контролю.

Затем антипротоны и позитроны направляются в гигантский магнит, где смешиваются, создавая тысячи атомов антиводорода.

Одновременно магнит создает мощное поле, которое удерживает атомы антиводорода в вакууме так, чтобы они ни с чем не соприкасались, потому что при соприкосновении с нашим миром антивещество немедленно разрушается.

Когда магнитное поле отключают, атомы антиводорода высвобождаются, а сенсоры засекают, полетели они вверх или вниз.

Хотя некоторые теоретики предсказывали, что антиматерия будет «падать» вверх, большинство физиков, в том числе и Альберт Эйнштейн, предсказавший это в своей теории относительности более 100 лет назад, сходятся во мнении, что антиматерия должна вести себя в данном случае как материя и падать вниз.

И вот теперь исследователи ЦЕРН подтвердили (с очень большой степенью вероятности), что Эйнштейн все же был прав.

Но из того, что антиматерия не «падает» вверх, вовсе не следует, что она падает вниз с той же скоростью, что и материя.

Поэтому для следующей стадии эксперимента ученые намерены повысить чувствительность оборудования, чтобы выяснить разницу в скорости падения антиматерии.

Если такая разница в самом деле обнаружится, это может дать ответ на самый большой вопрос: как образовалась наша Вселенная.