Эйнштейн был прав: оказалось, что антиматерия тоже подвержена гравитации
Галилео Галилей проверил теорию гравитации, сбросив шары с Пизанской башни. Спустя 400 лет ученые провели более высокотехнологичную версию эксперимента и впервые продемонстрировали, что антивещество также падает вниз. Рассказываем подробнее.
В чем заключалась проблема антиматерии
Антиматерия — сверхредкий аналог обычной материи — встречается во Вселенной крайне редко, и это одна из самых больших загадок в физике частиц и космологии. Космические модели предполагают, что материя и антиматерия должны были образоваться в равных количествах после рождения Вселенной, известного как Большой взрыв. Но остается неясным, почему материя оказалась намного более многочисленной, чем ее аналог.
Антиматерия не может находиться рядом с обычной материей. При столкновении они аннигилируют друг с другом в результате катастрофических микровзрывов. Поэтому в мире с преобладанием материи антивещество существует лишь мимолетно. Загадка того, что произошло со всей антиматерией, считается одним из центральных вопросов фундаментальной физики.
Чтобы приблизиться к разгадке, сначала антиматерию нужно произвести, затем удержать и не подпускать к обычной материи, а также научиться ей манипулировать. Все это заняло у ученых более 30 лет работы. В итоге они доказали, что антиматерия подчиняется тем же законам гравитации, что и другие массы во Вселенной.
Открытие подтверждает общую теорию относительности Альберта Эйнштейна и разрешает давнюю тайну о движении антиматерии в гравитационных полях.
Как ученые пришли к этому
Общая теория относительности Эйнштейна, сформулированная более века назад, включает принцип слабой эквивалентности (ПСЭ). Он предсказывает, что все объекты, обладающие массой, подчиняются законам гравитации. Большинство ученых предполагали, что ПСЭ распространяется и на антиматерию, однако экспериментально это никогда не демонстрировалось, поскольку антиматерия — чрезвычайно сложный материал для работы даже в самых совершенных лабораториях мира.
Но недавно с помощью специального эксперимента ALPHA-g ученые впервые провели прямое измерение силы гравитации на антивеществе. Они построили вертикальную машину, которая улавливала частицы антиводорода, выпускала их в верхней части аппарата и измеряла, сколько из них упало через низ, а не через верх. Результаты показали, что большая часть антиводорода ускоряется вниз через нижнюю часть прибора со скоростью, соответствующей скорости свободного падения обычной материи на Земле. Другими словами, антиматерия подчиняется законам гравитации, что согласуется с ПСЭ.
Ученым потребовалось 30 лет, чтобы научиться создавать антивещество, удерживать его и управлять им настолько хорошо, что уронить его. Теперь, когда они показали, что антиматерия подвержена гравитации, они надеются провести еще более точные измерения ее поведения при свободном падении.
