През 1971 г. Дейвид Скот, командир на мисията Аполо 15“,

През 1971 година Дейвид Скот, пълководец на задачата „ Аполо 15 “, организира демонстрационен опит на повърхността на Луната, който остава в историята на науката. В изискванията на вакуум той пуска от ръцете си по едно и също време геоложки чук с тегло 1,32 кг и соколово перо с тегло 0,03 кг. И двата предмета са достигнали лунната почва в един и същи миг.

Този опит е ясно удостоверение на правилото на слабата равностойност – фундаментално изказване на физиката, дефинирано от Галилей и по-късно залегнало в основата на Общата доктрина на относителността на Алберт Айнщайн. Принципът гласи: в гравитационно поле ускорението на свободното рухване на едно тяло не зависи от неговата маса, компактност или вътрешен състав. Гравитацията е свойство на пространство-времето и работи еднообразно върху всяка форма на сила и материя.

Падаща антиматерия, нереална интерпретация

Дълго време физиците смятаха, че този принцип е безспорен. В уравнението обаче имаше една незнайна променлива, която можеше да сложи под подозрение ненарушимостта на теорията на Айнщайн: антиматерията. Доскоро науката не разполагаше с пробни данни за това по какъв начин гравитацията взаимодейства с антиматерията. Съществуваше ненулева възможност античастиците да не се притеглят към Земята, а да се отблъскват от нея.

Фундаменталният спор във физиката

Въпросът „ накъде пада антиматерията “ не е зародил от празно любознание, а заради дълбока концептуална празнота в актуалната просвета. Нашето схващане за Вселената се основава на два стълба, които от математическа позиция са несъвместими един с различен.

Първият е Общата доктрина на относителността (ОТО), която разказва гравитацията като деформиране на пространство-времето от солидни обекти. Вторият е Стандартният модел на физиката на обикновените частици, който разказва електромагнитните, слабите и мощните взаимоотношения въз основа на квантовата механика.

Антиматерията е обект, предсказан и разказан точно от квантовата доктрина. През 1928 година английският физик Пол Дирак извежда уравнение, описващо държанието на електрона, което има две решения: едното подхожда на парченце с негативен заряд (електрона), а другото – на парченце със същата маса, само че с позитивен заряд. По-късно тази парченце е открита и наречена позитрон. По този метод е потвърдено съществуването на антиматерия.

Тъй като ОТО и квантовата механика разказват действителността на разнообразни езици, физиците позволяват, че гравитационното взаимоотношение за „ квантовия двойник “ на материята може да работи по друг метод. Ако някой опит покаже, че антиматерията пада нагоре (проявявайки характерностите на антигравитацията) или най-малко пада с по-различно ускоряване, това би означавало провал на съществуващия космологичен модел и нужда от преразглеждане на цялата физика.

Техническите спънки

Тестването на гравитационните свойства на антиматерията остава невероятно в продължение на десетилетия заради изключителната компликация на работата с антиматерия. Инженерите и физиците бяха изправени пред три сериозни казуса.

Първо, казусът за съществуването. Антиматерията не се среща в природата в свободна форма. Тя би трябвало да се синтезира изкуствено в ускорителите на частици – развой, който изисква голям разход на сила, а добивът на продукта се пресмята в единици атоми. Второ, казусът с анихилацията. При всяко прикосновение на антиматерията с елементарна материя (стените на контейнера или даже молекулите на въздуха) настава мигновена взаимна анихилация с освобождение на сила. Следователно опитът би трябвало да се организира в бездънен вакуум, а материята би трябвало да се удържа по безконтактен метод. На трето и най-важно място е казусът за салдото на силите. Гравитацията е най-слабата от четирите фундаментални сили. Тя е с доста порядъци по-слаба от електромагнетизма. Ако за опита се употребяват заредени частици (антипротони или позитрони), всяко, даже и нищожно инцидентно електрическо поле в лабораторията, ще има върху тях резултат, милиони пъти по-голям от земната гравитация. Невъзможно е да се мери гравитацията на фона на електрически звук.

Експериментът ALPHA-g: методологията

та За да се решат тези проблеми, в Европейската организация за нуклеарни проучвания (ЦЕРН) беше основана колаборацията ALPHA-g. Учените създадоха комплицирана многоетапна методология.

Част от инсталацията на ALPHA-g. Цялостният уред съдържа три зони за хващане на антиводород, само че в този опит се употребява единствено долната

За да изключат въздействието на електромагнитните полета, откривателите вземат решение да работят не с обособени частици, а с неутрални атоми. Те комбинират негативно заредените антипротони с позитивно заредените позитрони, с цел да получат антиводородни атоми. Този атом е електрически безпристрастен, което значи, че външните електрически полета не могат да го накарат да се движи.

Въпреки това неутралният антиводород към момента има слаб магнитен миг (спин). Това дава опция на учените да основат специфичен отвесен капан. С помощта на система от свръхпроводящи магнити те образуват „ магнитно кладенче “, което държи облака от антиатоми в окачено положение, като не им разрешава да допират стените на камерата.

Следващата стъпка е охлаждането. Дори при стайна температура термичното придвижване на атомите е прекомерно безредно и бързо, с цел да се забележи резултатът на слабата гравитация. С помощта на лазерно изстудяване температурата на антиводорода е намалена съвсем до безспорната нула (част от градуса над -273,15 °C), като по този метод атомите са забавени оптимално.

Същността на опита е следната: физиците постепенно понижават силата на магнитното поле, което държи атомите от горната страна и изпод. В избран миг силата на магнитната опора станала по-слаба от гравитацията.

Ако антиматерията притежаваше свойството да се отблъсква, атомите щяха да се устремят към върха на инсталацията. Ако гравитацията работи по общоприетия метод – те би трябвало да паднат на дъното. Детекторите за галактически лъчи, заобикалящи камерата, записаха проблясъци на анихилация в моментите, когато антиатомите се сблъскаха с тялото на клопката.

Брой регистрирани събития (лявата отвесна скала) като функционалност на времето в процеса на гладко изключване на магнитите

Резултатите и тяхната значителност

След изключване на статистическите неточности се оказа, че към 80% от антиводородните атоми са напуснали клопката през долната му част. Останалите 20% са разпределени по друг метод заради остатъчни магнитни разстройства и термичен звук, което подхожда на изчислителните модели.

Основното умозаключение е, че антиматерията пада надолу.

Експериментът потвърди, че Земята притегля антиматерията, а не я отблъсква. Проверен е правилото на слабата равностойност: гравитацията не прави разлика сред материя и антиматерия. Това удостоверява правилността на Общата доктрина на относителността на Айнщайн и поставя завършек на редица екзотични теории, които допускаха съществуването на антигравитация.

Изследванията обаче не завършват с това. Настоящият опит е дал първокласен отговор (посоката на движение), само че физиците се нуждаят от прецизен количествен отговор (стойността на ускорението).

Следващото предизвикателство пред ЦЕРН е да мери ускорението при свободно рухване за антиводорода, освен това с доста висока акуратност. Ако се окаже, че антиматерията пада да вземем за пример с 1% по-бавно или по-бързо от елементарната материя, това ще бъде сензация, показваща съществуването на „ пета мощ “ или незнайни свойства на пространството. Но към този момент физическата картина на света остава постоянна: гравитацията е универсална.

(function() { const banners = [ // --- БАНЕР 1 (Facebook Messenger) --- `