Через 350 лет после того, как Ньютон глубоко задумался о падающих на землю яблоках, современные ученые взялись за изучение того, как гравитация влияет на антиматерию. Правда, размером эта антиматерия не с яблоко, а с самый маленький атом, какой только есть, — атом водорода.

Возможно, услышав слово «антиматерия», многие подумают, что речь идет о научной фантастике. Она, например, упоминается в качестве топлива в телесериале «Звездный путь» или как взрывчатое вещество в книге и фильме «Ангелы и демоны».

Однако за пределами Голливуда антиматерию используют в гораздо более земных и полезных целях — например, для диагностики рака с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Позитрон — это античастица электрона.

Почти идентичный близнец материи

Позитрон во всем идентичен электрону — за исключением того, что у него противоположный заряд. Если позитрон соприкасается с электроном, они взаимоуничтожаются, испуская вспышку света.

В Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) есть отдельная зона для экспериментов с антивеществом — Фабрика антиматерии. Именно здесь проводится эксперимент AEgIS (Antimatter Experiment: gravity, Interferometry, Spectroscopy, «Эксперимент с антивеществом: гравитация, интерферометрия, спектроскопия»). Его цель — выяснить, как антивещество падает в гравитационном поле Земли.

Эксперименты с антиматерией простыми не назовешь, ведь антивещество исчезает, встречаясь с обычным веществом. Первые атомы антивещества в ЦЕРНе создали в 2002 году. Тогда ученым удалось соединить позитроны и антипротоны, получив в результате антиводород.

«Антиводород электрически нейтрален. Поэтому мы можем его использовать для измерения гравитации без помех со стороны электромагнитных полей», — рассказывает Антуан Кампер (Antoine Camper), изучающий физику высоких энергий в Университете Осло и участвующий в проекте AEgIS.

Момент триумфа

Ученым, проводящим эксперимент AEgIS, удалось создать антиводород по-своему.

«Когда мы этого добились, мы откупорили шампанское», — рассказывает Кампер.

Способ, с помощью которого создают водород ученые из проекта AEgIS, позволяет точно определить, когда именно образовались атомы. «Это необходимое условие для проведения нужных нам измерений», — объясняет Кампер.

План исследователей заключается в том, чтобы произвести первые непосредственные измерения гравитационного воздействия Земли на антиматерию. Другими словами, они будут измерять ускорение свободного падения на поверхности Земли. Этот показатель обозначают символом g, и именно его используют в науке, изучая падающие предметы.

Есть признаки того, что разница между g для материи и g для антиматерии составит менее 10-6, если вообще она вообще обнаружится.

Почему во вселенной нет антивещества (почти)?

Изучать антивещество начали для того, чтобы понять, почему наша вселенная в конечном итоге состоит практически исключительно из вещества. Ведь мы предполагаем, что сразу после Большого взрыва в космосе было равное количество материи и антиматерии.

Когда частицы материи и антиматерии взаимоуничтожились, антиматерия исчезла. Но и мы, и остальная вселенная все еще здесь, а это значит, что материи изначально был некоторый избыток.

Откуда взялся этот избыток? Где-то должно быть небольшое различие, которое мы пока не поняли.

Прежде чем ученые эксперимента AEgIS смогут изучить антиводород в свободном падении, нужно сделать кое-что еще.

«Мы должны создать больше атомов, а также научиться контролировать направление, в котором они движутся», — говорит Кампер.

По его словам, норвежские ученые участвуют в эксперименте вот уже десять лет. Вместе с норвежскими научными организациями Sintef и Ideas исследователи и инженеры из Университета Осло разрабатывают для эксперимента новый детектор. Норвежцы намерены продолжать помогать эксперименту AEgIS через местное отделение ЦЕРН, а также благодаря стипендии «Молодые таланты в области науки», которую Кампер получил в 2019 году.

Так что там с антияблоками?

Падают ли антияблоки вверх? Ответа на этот вопрос у нас пока нет, но вообще это маловероятно.

Большая часть массы антиводорода находится в ядре и обеспечивается безмассовыми глюонами, связывающими кварки, из которых состоят протоны и нейтроны. А это значит, что основная часть массы у водорода и антиводорода — одинаковая.

Однако по-прежнему не исключено, что антияблоки падают не так быстро. Будущее покажет.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.