Една от големите мистерии на физиката е решена: Как антиматерията... пада?
Това не е въпрос, който държи повечето хора будни през нощта, но някои физици чакат отговора му от години.
Продължавайте да четете
списък от 4 елементиЯпонски учени откриха, че микропластмасата присъства в облацитеАстероид „прах, отломки“ вероятно са открити като върната космическа капсула на НАСА, отворенаТърговската комисия на САЩ завежда антитръстов иск срещу онлайн търговеца на дребно AmazonАнтарктически ледени удари "рекордно сбиваща" ниска зона на покритие, нови данни показваткрай на списъкаУчени от CERN, най-големият ускорител на частици в света в Швейцария, обявиха в сряда, че новаторски експеримент е потвърдил, че антиматерията пада с гравитацията – точно както всичко останало. Но това само кара учените да задават още въпроси относно този любопитен материал.
Какво е антиматерия?
В Стар Трек антиматерията задвижва уорп задвижването на Starship Enterprise до 23-ти век (и е използвана в няколко от неговите торпеда). Това е дразнеща предпоставка, базирана на реален феномен.
През 1928 г. британският математик Пол Дирак видя антиматерията в математическо уравнение. Той разработва части от квантовата механика, когато осъзнава, че един електрон – една от основните частици на Вселената – може да бъде своя противоположност.
С други думи, може да има отрицателни електрони (материя) и положителни електрони – или позитрони (антиматерия). Всъщност това не беше само възможността: Дирак заключи, че антиматерията трябва да е там. Математиката беше ясна, дори ако частицата все още не беше наблюдавана. (Уравнението на Дирак е гравирано на гроба му)
Докато, само две години по-късно, когато антиматерията беше открита в природата в следите от космически лъчи, усетени по време на мисия с балон. Оттогава се изучава.
Днес лекарите използват античастици в медицината: в PET-скенери, които гледат през кожата ни за рак или сърдечна функция. Те произвеждат част от антиматерията – P означава позитрон – но не целия антиатом.
Не е лошо, че не могат да бъдат намерени цели антиатоми, защото когато антиматерията срещне нормалната материя – нещото, което прави нас и света около нас – двете експлодират с най-мощното освобождаване на енергия, което учените познават. Експлозията е толкова наситена с енергия, че НАСА проучи използването на експлозии на антиматерия и материя, за да задвижи звездни кораби, за да покрият огромни разстояния (проектите остават чисто теоретични).
Липсва в природата
Но липсата на антиматерия остава една от големите неразрешени мистерии във физиката: ако стандартният модел на физиката е правилен, същото количество антиматерия като материя трябва да се е появило в онези първи горещи моменти след Големия взрив.< /p>
Двете противоположности, ако бяха създадени в еднаква степен, щяха да се сблъскат, унищожавайки се почти мигновено, оставяйки само бяло небе, пълно с настръхнала енергия, и никаква остатъчна материя.
И все пак ето ни тук, 14 милиарда години по-късно, направени от материя. От Дирак насам физиците се чешат по главите, чудейки се къде е отишла антиматерията или изобщо някога е била там?
Но има антиматерия точно тук, на Земята: тя е направена в безкрайно малки проби на невероятни разходи в ЦЕРН. Повече от десетилетие там учените сглобяват „атоми“ на антиматерията парче по парче и ги улавят във високотехнологични магнитни бутилки.
Те искат да знаят как работят, защо не се срещат в природата и защо вселената изглежда е „избрала“ материята, с която сме запознати.
Но най-вече искаха да го пуснат, за да видят дали пада нагоре. Защото ако беше така, това щеше да хвърли физиката в тотална криза. Гравитацията щеше да има вратичка.
Тестът за гравитация
Знанието как обектите падат винаги е очаровало учените, защото така хората могат да видят фундаментален и невидим закон на природата в действие.
Експериментът ALPHA в CERN е направил съвсем малко количество, една стомилионна от грам антиводород, така че физиците да могат да извършват основни експерименти върху него. Те използваха известния ускорител на частици на CERN, за да генерират антипротони. Те са използвали радиоактивни изотопи, за да произвеждат позитрони, подобно на начина, по който се правят за PET сканиране.
След това се научиха как да ги комбинират в „атоми“ на антиматерията, да ги улавят в магнитни полета, да ги забавят, да ги задържат, за да не се унищожат в краищата на своите контейнери, и накрая да поставят тези контейнери изправени, по-скоро отколкото хоризонтално, за да тествате как реагират на гравитацията. Всяка от тези стъпки отне години, нови изчисления, стабилно финансиране и гениални инженерни решения.
„Искаме да тестваме, че всяко свойство, което знаем, че материята притежава, антиматерията притежава или може би не“, обясни Ребека Суарес, експериментален физик от университета в Упсала в Швеция, която не е участвала в проекта. „Защото всякакви дребни подробности там биха могли да обяснят какво се е случило с антиматерията.“
Повечето физици предполагаха, че антиматерията няма да „падне“ нагоре, но не можеха да го кажат, докато не се докаже.
Патрис Перес, говорител на експеримент с антиматерия в ЦЕРН, наречен GBAR, се опита да обобщи проблема в интервю за Ал Джазира през юли. Ако антиматерията падне нагоре, противоположно на гравитацията, каза той, „един от крайъгълните камъни на [теорията на Алберт Айнщайн за] общата теория на относителността би бил грешен, принципът на еквивалентността [който казва], че ако пуснете някакъв обект на земята, той трябва да падне на същата ставка.“
„Ако намерим нещо различно, това би било пълна революция. Няма да знаем какво да правим… Това би означавало, че не разбираме физиката, изобщо не разбираме природата.“
Перес е работил върху експерименти за улавяне и стабилизиране на антиматерия в продължение на десетилетия в стабилни и сериозни физични лаборатории, но въпросът дали тя може да падне нагоре или дали може да бъде гориво за космически кораби, го накара да се смее.
Накратко, той каза за падането на антигравитацията, „никой не вярва в това“.
След почти две десетилетия работа учените, ръководещи експеримента, поставиха няколко десетки „атоми“ на антиматерия във високотехнологична вертикална тръба, за да тестват въпроса.
Резултатът? То падна надолу към центъра на земята, точно като топка.
Джефри Хангст е физик и говорител на експеримента АЛФА. Обявявайки резултата, той държеше две ябълки, едната червена за материя, другата черна за антиматерия, като визуална помощ (черната ябълка не беше направена от антиматерия; ако беше, експлозията в ръката му щеше да унищожи част от Швейцария и Франция).
„Доколкото можем да кажем, те падат по същия начин като обикновената материя“, каза той щастливо.
Физиката е спасена от криза — засега. Физиците могат да се върнат към чертожните дъски, за да разберат мистериите на Вселената и да продължат да се питат защо тя не е създала антиматерия.
Източник: Ал Джазира