Materie is onderhewig aan gravitasie-aantrekking. Einstein se algemene relatiwiteitsteorie het voorspel dat antimaterie ook op dieselfde manier na die Aarde sou val. Daar was egter tot dusver geen direkte eksperimentele bewyse om dit te toon nie. Die ALPHA-eksperiment by CERN is die eerste direkte eksperiment wat die effek van swaartekrag op die beweging van antimaterie waargeneem het. Die bevindinge het afstotende 'antiswaartekrag' uitgesluit en bevind dat swaartekrag materie en antimaterie op 'n soortgelyke manier beïnvloed . Daar is waargeneem dat atome van antiwaterstof (’n positron wat om ’n antiproton wentel ) op dieselfde manier as atome van waterstof na die Aarde geval het.
Antimaterie bestaan uit antideeltjies (positrone, antiprotone en antineutrone is antideeltjies van elektrone, protone en neutrone). Materie en antimaterie vernietig mekaar heeltemal wanneer hulle in kontak kom en laat energie agter.
Materie en antimaterie is in gelyke hoeveelhede in die vroeë heelal deur die Oerknal geskep . Ons vind egter nie meer antimaterie in die natuur nie ( materie-antimaterie-asimmetrie ). Materie domineer. Gevolglik is die begrip van die eienskappe en gedrag van antimaterie onvolledig. Met betrekking tot die effek van swaartekrag op die beweging van antimaterie, het die algemene relatiwiteitsteorie voorspel dat antimaterie ook op dieselfde manier beïnvloed moet word, maar daar was geen direkte eksperimentele waarneming om dit te bevestig nie. Sommige het selfs aangevoer dat, anders as materie (wat onderhewig is aan swaartekrag), antimaterie onderhewig kan wees aan afstotende 'antiswaartekrag', wat uitgesluit is deur die onlangs gepubliseerde bevindinge van CERN se ALPHA-eksperiment.
Die eerste stap was om antiatome in die laboratorium te maak en hulle te beheer om te verhoed dat hulle materie teëkom en annihileer. Dit mag dalk maklik klink, maar dit het meer as drie dekades geneem om dit te doen. Die navorsers het op antiwaterstofatome gefokus as 'n ideale stelsel om die gravitasiegedrag van antimaterie te bestudeer, omdat antiwaterstofatome elektries neutrale en stabiele deeltjies van antimaterie is. Die navorsingspan het negatief gelaaide antiprotone wat in die laboratorium geproduseer is, geneem en hulle met positief gelaaide positrone van 'n natrium-22-bron gebind om antiwaterstofatome te skep wat daarna in 'n magnetiese lokval opgesluit is om annihilasie met materieatome te voorkom. Die magnetiese lokval is afgeskakel om antiwaterstofatome op 'n beheerde manier in 'n vertikale apparaat ALPHA-g te laat ontsnap, en die vertikale posisies waar die antiwaterstofatome met materie annihileer, is gemeet. Die navorsers het groepe van ongeveer 100 antiwaterstofatome vasgevang. Hulle het antiatome van een groep stadig oor 'n tydperk van 20 sekondes vrygestel deur die stroom in die boonste en onderste magnete te verminder. Hulle het bevind dat die proporsie anti-atome wat deur die bokant en onderkant bestaan, ooreenstem met die resultate vir atome uit simulasies. Daar is ook bevind dat die versnelling van 'n antiwaterstofatoom ooreenstem met die bekende versnelling as gevolg van swaartekrag tussen materie en die Aarde, wat daarop dui dat antimaterie onderhewig is aan dieselfde gravitasie-aantrekkingskrag as materie en nie aan enige afstotende 'anti-swaartekrag' nie.
Hierdie bevinding is 'n mylpaal in die studie van gravitasiegedrag van antimaterie.
***
Bronne:
- CERN 2023. Nuus – ALPHA-eksperiment by CERN neem die invloed van swaartekrag op antimaterie waar. Geplaas 27 September 2023. Beskikbaar by https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Toegang op 27 September 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Waarneming van die effek van swaartekrag op die beweging van antimaterie. Nature 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
