Ο Ισαάκ Νεύτωνας εμπνεύστηκε τον νόμο για τη βαρύτητα όταν παρακολούθησε ένα μήλο να πέφτει στο έδαφος από ένα δέντρο. Τι γίνεται όμως με ένα «αντιμήλο» από αντιύλη; Θα έπεφτε με τον ίδιο τρόπο αν υπήρχε; Σύμφωνα με την πολύ δοκιμασμένη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, τη σύγχρονη θεωρία της βαρύτητας, η ύλη και η αντιύλη θα πρέπει να πέφτουν στη Γη με τον ίδιο τρόπο. Αλλά μήπως υπάρχουν άλλες δυνάμεις μεγάλης εμβέλειας πέρα από τη βαρύτητα που επηρεάζουν την ελεύθερη πτώση τους;

Δοκιμές στο CERN διαψεύδουν την άποψη ότι η αντιβαρύτητα μπορεί να ισχύει για την αντιύλη, δείχνοντας αντίθετα ότι τα άτομα αντιυδρογόνου πέφτουν επίσης προς τα κάτω, σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Nature.

Τα άτομα αντιυδρογόνου είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και σταθερά σωματίδια αντιύλης. Αυτές οι ιδιότητες τα καθιστούν ιδανικά συστήματα για τη μελέτη της βαρυτικής συμπεριφοράς της αντιύλης. Η συνεργασία ALPHA δημιουργεί άτομα αντιυδρογόνου λαμβάνοντας αρνητικά φορτισμένα αντιπρωτόνια, που παράγονται και επιβραδύνονται στις μηχανές AD και ELENA του Antimatter Factory, και δεσμεύοντάς τα με θετικά φορτισμένα ποζιτρόνια που συσσωρεύονται από μια πηγή νατρίου-22. Στη συνέχεια, περιορίζει τα ουδέτερα –αλλά ελαφρώς μαγνητικά– άτομα αντιύλης σε μια μαγνητική παγίδα, η οποία τα εμποδίζει να έρθουν σε επαφή με την ύλη και να αφανιστούν.

Μέχρι τώρα, η ομάδα ALPHA είχε επικεντρωθεί σε φασματοσκοπικές μελέτες στη συσκευή ALPHA-2, εκπέμποντας φως λέιζερ ή μικροκύματα στα άτομα αντιυδρογόνου για να μετρήσει την εσωτερική τους δομή. Αλλά η ομάδα έχει κατασκευάσει επίσης μια κατακόρυφη συσκευή που ονομάζεται ALPHA-g, η οποία έλαβε τα πρώτα αντιπρωτόνια της το 2018 και τέθηκε σε λειτουργία το 2021. Το ‘g’ υποδηλώνει την επιτάχυνση της βαρύτητας, η οποία, για την ύλη, είναι περίπου 9,81 m/s2 .

- Advertisement -

Οι ερευνητές παγίδευσαν ομάδες περίπου 100 ατόμων αντιυδρογόνου και στη συνέχεια απελευθέρωσαν αργά τα άτομα μέσα σε ένα διάστημα 20 δευτερολέπτων με σταδιακή μείωση του ρεύματος στους πάνω και κάτω μαγνήτες της συσκευής. Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή της διάταξης ALPHA-g δείχνουν ότι, για την ύλη, αυτή η λειτουργία θα είχε ως αποτέλεσμα περίπου το 20% των ατόμων να εξέρχονται από την κορυφή της παγίδας και το 80% από τον πυθμένα, μια διαφορά που προκαλείται από την καθοδική δύναμη της βαρύτητας . Με τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων επτά δοκιμών απελευθέρωσης, η ομάδα ALPHA διαπίστωσε ότι τα κλάσματα των αντι-ατόμων που εξέρχονται από το πάνω και το κάτω μέρος ήταν σύμφωνα με τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων.

«Στη φυσική, δεν ξέρεις πραγματικά κάτι μέχρι να το παρατηρήσεις», λέει ο εκπρόσωπος της ALPHA, Τζέφρι Χανγκστ. «Αυτό είναι το πρώτο άμεσο πείραμα που παρατηρεί πραγματικά μια βαρυτική επίδραση στην κίνηση της αντιύλης. Είναι ένα ορόσημο στη μελέτη της αντιύλης, η οποία εξακολουθεί να μας μαγεύει λόγω της φαινομενικής απουσίας της στο Σύμπαν».

«Μας πήρε 30 χρόνια για να μάθουμε πώς να φτιάχνουμε αυτό το αντιάτομο, να το κρατάμε και να το ελέγχουμε αρκετά καλά ώστε να μπορούμε πραγματικά να το ρίξουμε με τρόπο που να είναι ευαίσθητο στη δύναμη της βαρύτητας. Το επόμενο βήμα είναι να μετρήσουμε την επιτάχυνση όσο ακριβέστερα μπορούμε», καταλήγει ο Χανγκστ.

Πηγή: CERN

Μετάφραση-επιμέλεια: Εμμανουέλα Μαθιουδάκη