Din nou, Einstein! Studiul arată cum antimateria răspunde la gravitație

În universul „Star Trek”, nava spațială Enterprise zboară prin spațiu folosind o unitate warp care exploatează antimateria. Este suficient să spunem că această tehnologie este încă în domeniul science fiction-ului.

Dar oamenii de știință fac pași importanți către o mai bună înțelegere a antimateriei. Cercetătorii au declarat miercuri că au demonstrat pentru prima dată că antimateria răspunde la gravitație în același mod în care materia – prin cădere, așa cum era de așteptat – într-un experiment care a susținut încă o dată teoria relativității generale a fizicianului Albert Einstein.

Toate lucrurile pe care le știm – planete, stele, pudeli, acadele – sunt făcute din materie obișnuită.

Antimateria este geamănul misterios al materiei obișnuite, având aceeași masă, dar sarcina electrică opusă. Aproape toate particulele subatomice, cum ar fi electronii și protonii, conțin o contrapartidă de antimaterie. În timp ce electronii sunt încărcați negativ, antielectronii, numiți și pozitroni, sunt încărcați pozitiv. De asemenea, în timp ce protonii sunt încărcați pozitiv, antiprotonii au o sarcină negativă.

Conform teoriei actuale, explozia Big Bang care a declanșat universul ar fi trebuit să producă cantități egale de materie și antimaterie. Cu toate acestea, acesta nu pare să fie cazul. Se pare că există foarte puțină antimaterie și aproape deloc pe Pământ. În plus, materia și antimateria sunt incompatibile. Dacă sunt atinse, ele explodează, un fenomen numit anihilare.

Experimentul a fost realizat la Centrul European de Cercetare Nucleară (CERN) din Elveția de către cercetători din colaborarea internațională ALPHA (Aparatul de fizică cu laser antihidrogen). Acestea au inclus izotopul antihidrogen al materiei, care este cel mai ușor element.

„Pe Pământ, cea mai mare parte a antimateriei naturale este produsă din raze cosmice – particule energetice din spațiu – care se ciocnesc cu atomii din aer și creează perechi de antimaterie”, a spus fizicianul Jonathan Wortley de la Universitatea din California, Berkeley, coautor. Din studiul publicat în revistă natură.

Această antimaterie nou creată durează doar până când se ciocnește cu un atom obișnuit de materie din atmosfera inferioară. Cu toate acestea, antimateria poate fi produsă în condiții controlate, ca în experimentul ALPHA, care a folosit antihidrogen creat la CERN.

Antihidrogenul a fost conținut într-o cameră cilindrică cu vid și prins de câmpuri magnetice în partea de sus și de jos. Cercetătorii au redus câmpurile magnetice pentru a elibera antimateria pentru a observa dacă aceasta va cădea sau nu odată cu apariția efectului gravitațional. A făcut-o, comportându-se ca hidrogenul în aceleași condiții.

„Acest rezultat a fost prezis prin teorie și experimente indirecte care s-au bazat pe fenomene ascunse. Dar niciun grup nu a făcut un experiment direct în care antimateria a fost pur și simplu aruncată pentru a vedea în ce direcție va cădea, a spus Joel Fagans, fizician la Universitatea din California, Berkeley și coautor al studiului.

„Experimentul nostru exclude alte teorii care necesită ca antimateria – „antigravitația” – să se ridice în câmpul gravitațional al Pământului”, a adăugat Wortelli.

În timp ce Einstein și-a conceput teoria relativității generale – o explicație cuprinzătoare a gravitației – înainte de descoperirea antimateriei în 1932, el a tratat toată materia cu paritate, ceea ce înseamnă că se aștepta ca antimateria să răspundă în același mod la forțele gravitaționale ca și materia.

Dar dacă antimateria sfidează așteptările?

„Aceasta ar fi fost o surpriză uriașă, pentru că ar fi fost foarte inconsecventă cu multe teorii. Colaborarea Alpha.

„Cred că aceasta este o dovadă a puterii relativității generale și a principiilor ei de echivalență”, a adăugat Bertschi.

Oamenii de știință sunt încă nedumeriți de deficitul de antimaterie din universul observabil. De exemplu, nu există niciun indiciu că galaxiile sunt formate din antimaterie.

„Absența aproape completă a antimateriei naturale este una dintre marile întrebări cu care se confruntă fizica”, a spus Wortelli.

Arătând că antimateria și materia sunt atrase gravitațional, experimentul a exclus o posibilă explicație pentru deficitul de antimaterie, și anume că respingea gravitațional materia în timpul Big Bang-ului.

„Oricât de frumoasă este teoria, fizica este o știință experimentală”, a spus Fagans.