by Av Will Dunham
(Reuters) – I “Star Treks värld” rasar rymdskeppet Enterprise genom rymden med en varpdrift som använder antimateria. Det räcker med att säga att denna teknik förblir inom science fiction-området.
Men forskare gör viktiga framsteg mot en bättre förståelse av antimateria. Forskare sa på onsdagen att de för första gången hade visat att antimateria reagerar på gravitationen på samma sätt som materia gör – genom att falla som förväntat – i ett experiment som återigen förstärkte fysikern Albert Einsteins grundläggande relativitetsteori.
Allt vi vet – planeter, stjärnor, pudlar och klubbor – är gjort av vanlig materia.
Antimateria är den mystiska tvillingen av vanlig materia, med samma massa men motsatt elektrisk laddning. Nästan alla subatomära partiklar som elektroner och protoner har en antimateria motsvarighet. Medan elektroner är negativt laddade är antielektroner, även kända som positroner, positivt laddade. Medan protoner är positivt laddade, är antiprotoner också negativt laddade.
Enligt nuvarande teori borde Big Bang-explosionen som skapade universum ha producerat lika mängder materia och antimateria. Detta verkar dock inte vara fallet. Det verkar finnas väldigt lite antimateria – och nästan ingen på jorden. Dessutom är materia och antimateria oförenliga. När de rör vid varandra exploderar de, ett fenomen som kallas förintelse.
Experimentet utfördes vid European Centre for Nuclear Research (CERN) i Schweiz av forskare från det internationella Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) samarbetet. Detta var antimateriamotsvarigheten till väte, den lättaste av grundämnena.
“På jorden kommer mest naturligt förekommande antimateria från kosmiska strålar – högenergipartiklar från rymden – som kolliderar med atomer i luften för att bilda antimateria-materia-par”, säger fysikern Jonathan Wurtele vid University of California, Berkeley, medförfattare. av studien publicerad i tidskriften Nature.
Denna nyskapade antimateria varar bara tills den möter en normal materiaatom i den lägre atmosfären. Antimateria kan dock syntetiseras under kontrollerade förhållanden, som i ALPHA-experimentet, som använde antiväte producerat vid CERN.
Antivätet befann sig i en cylindrisk vakuumkammare och fångades upptill och nedtill av magnetfält. Forskarna minskade magnetfälten för att frigöra antimateria och observera om den skulle falla eller inte när gravitationens inverkan blev synlig. Den gjorde detta och betedde sig som väte under samma förhållanden.
“Detta resultat förutspåddes av teori och indirekta experiment baserade på subtila fenomen. Men ingen grupp hade någonsin gjort ett direkt experiment där antimateria helt enkelt släpptes för att se åt vilket håll den skulle falla, säger UC Berkeleys fysiker och studiemedförfattare Joel Fajans.
“Vårt experiment utesluter andra teorier som antar uppkomsten av antimateria – ‘antigravitation’ – i jordens gravitationsfält,” tillade Würtele.
Medan Einstein utvecklade sin allmänna relativitetsteori – en omfattande förklaring av gravitationen – innan antimateria upptäcktes 1932, behandlade han all materia lika, vilket betyder att antimateria skulle svara på gravitationskrafter på samma sätt som materia.
Men tänk om antimateria hade överträffat förväntningarna?
“Det skulle ha varit en enorm överraskning eftersom det skulle vara i betydande motsägelse till många teorier”, säger fysikern och studiemedförfattaren William Bertsche från University of Manchester i England, som genomför experiment vid CERN och fungerar som biträdande talesman för ALPHA Samarbete.
“Jag tror att detta är ett bevis på styrkan i den allmänna relativitetsteorien och dess likvärdighetsprinciper,” tillade Bertsche.
Forskare fortsätter att vara förbryllade över bristen på antimateria i det observerbara universum. Till exempel finns det inga bevis för att galaxer är gjorda av antimateria.
“Den nästan fullständiga frånvaron av naturligt förekommande antimateria är en av de stora frågorna inom fysiken,” sa Wurtele.
Genom att visa att antimateria och materia attraheras av gravitationen uteslöt experimentet en möjlig förklaring till antimaterias brist – att den avvisades gravitationellt från materia under Big Bang.
“Oavsett hur vacker teorin kan vara, är fysiken en experimentell vetenskap,” sa Fajans.
(Rapportering av Will Dunham i Washington, redigering av Rosalba O’Brien)
