Saken er utsatt for gravitasjonstiltrekning. Einsteins generelle relativitetsteori hadde spådd at antimaterie også skulle falle til jorden på samme måte. Det var imidlertid ingen direkte eksperimentelle bevis så langt for å vise det. ALPHA-eksperimentet ved CERN er det første direkte eksperimentet som har observert effekten av gravitasjon om antimateriens bevegelse. Funnene utelukket frastøtende 'antigravitasjon' og holdt det gravitasjon påvirkninger rolle og antimaterie på lignende måte. Det ble observert at atomer av antihydrogen (et positron bane rundt et antiproton) falt til jorden på samme måte som hydrogenatomer.
Antimaterie er sammensatt av antipartikler (positroner, antiprotoner og antinøytroner er antipartikler av elektroner, protoner og nøytroner). Saken og antimaterie tilintetgjør hverandre fullstendig når de kommer i kontakt og etterlater energi.
Saken og antimaterie ble skapt i like mengder tidlig univers av Big Bang. Imidlertid finner vi ikke antimaterie nå i naturen (materie-antimaterie asymmetri). Materien dominerer. Som et resultat er forståelsen av egenskaper og oppførsel til antimaterie ufullstendig. Med hensyn til effekten av tyngdekraften på antimateriens bevegelse, hadde generell relativitetsteori spådd at antimaterie også skulle påvirkes på lignende måte, men det var ingen direkte eksperimentell observasjon som bekreftet det. Noen hadde til og med hevdet at i motsetning til materie (som er utsatt for gravitasjonskraft), antimaterie kan være utsatt for frastøtende 'antigravitasjon' som har blitt utelukket av de nylig publiserte funnene av CERNs ALPHA-eksperiment.
Det første trinnet var å lage anti-atomer i laboratoriet og kontrollere dem for å unngå at de støter på materie og tilintetgjør dem. Det høres kanskje enkelt ut, men det tok over tre tiår å gjøre det. Forskerne nullet på antihydrogenatomer som et ideelt system for å studere gravitasjonsadferden til antimaterie fordi antihydrogenatomer er elektrisk nøytrale og stabile partikler av antimaterie. Forskerteamet tok negativt ladede antiprotoner produsert i laboratoriet og bandt dem med positivt ladede positroner fra en natrium-22-kilde for å lage antihydrogenatomer som deretter ble innesperret i en magnetisk felle for å forhindre utslettelse med materieatomer. Magnetfellen ble slått av for å la antihydrogenatomer unnslippe på en kontrollert måte i et vertikalt apparat ALPHA-g og de vertikale posisjonene der antihydrogenatomene tilintetgjør med materie ble målt. Forskerne fanget grupper på rundt 100 antihydrogenatomer. De frigjorde sakte antiatomer fra én gruppe over en periode på 20 sekunder ved å redusere strømmen i topp- og bunnmagnetene. De fant at andelen antiatomer som eksisterer gjennom toppen og bunnen samsvarte med resultatene for atomer fra simuleringer. Det ble også funnet at akselerasjonen av et antihydrogenatom var i samsvar med velkjent akselerasjon pga gravitasjon mellom materie og jorden, noe som antyder at antimaterie er underlagt den samme gravitasjonsattraksjonen som materie og ikke for noen frastøtende "antigravitasjon".
Dette funnet er en milepæl i studiet av gravitasjonsoppførselen til antimaterie.
***
kilder:
- CERN 2023. Nyheter – ALPHA-eksperiment ved CERN observerer tyngdekraftens påvirkning på antimaterie. Lagt ut 27. september 2023. Tilgjengelig på https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Tilgang 27. september 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Observasjon av tyngdekraftens effekt på antimateries bevegelse. Nature 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
