Материя и антиматерия, похоже, одинаково реагируют на гравитацию
В рамках эксперимента по чрезвычайно точному измерению соотношения заряд-масса протонов и антипротонов было обнаружено, что в пределах неопределенности эксперимента материя и антиматерия реагируют на гравитацию одинаково.
Об этом информируют OstanniPodii.com
Эксперимент проводился в ЦЕРН коллаборацией BASE под руководством японского Института физико-химических исследований (RIKEN).
Материя и антиматерия создают одни из наиболее интересных проблем в современной физике. Они, по сути, эквивалентны, за исключением того, что там, где частица имеет положительный заряд, ее античастица имеет отрицательный заряд. В остальном они кажутся эквивалентными.
Однако одна из величайших загадок современной физики, известная как "барионная асимметрия", заключается в следующем: несмотря на то, что они кажутся эквивалентными, Вселенная, похоже, полностью состоит из материи, тогда как антиматерии очень мало. Конечно, ученые всего мира пытаются найти нечто отличное между ними, что могло бы объяснить, почему мы существуем. В рамках этих поисков ученые исследовали, взаимодействуют ли материя и антиматерия с гравитацией или же антиматерия будет испытывать гравитацию иначе, чем материя, что нарушит слабый принцип эквивалентности Эйнштейна. Теперь коллаборация BASE показала, что в строгих пределах антиматерия действительно реагирует на гравитацию так же, как и материя.
Это открытие, опубликованное в Nature, на самом деле было получено в результате другого эксперимента, изучавшего соотношение заряд-масса у протонов и антипротонов, одного из других важных измерений, которые могли бы определить ключевую разницу между ними.
Эта работа длилась 18 месяцев на фабрике антиматерии ЦЕРН. Для проведения измерения команда поместила в ловушку Пеннинга антипротоны и отрицательно заряженные ионы водорода, которые она использовала для размещения протонов. В этом устройстве частица движется по циклической траектории с частотой, близкой к циклотронной, которая масштабируется в соответствии с напряженностью магнитного поля ловушки и отношением заряда к массе частицы. Подавая в ловушку поочередно антипротоны и отрицательно заряженные ионы водорода, они смогли измерить в одинаковых условиях циклотронные частоты этих двух типов частиц, сравнивая их соотношение заряд-масса.
По словам Стефана Ульмера, руководителя проекта, «Сделав это, мы смогли получить результат, что они по сути эквивалентны, что в четыре раза точнее предыдущих измерений. На этом уровне CPT-инвариантность, причинность и локальность сохраняются в квантовых релятивистских теориях поля Стандартной модели».
Интересно, что группа использовала измерения для проверки фундаментального закона физики, известного как принцип слабой эквивалентности. Согласно этому принципу, разные тела в одном и том же гравитационном поле должны испытывать одинаковое ускорение при отсутствии сил трения. Поскольку эксперимент BASE был размещен на поверхности Земли, измерение циклотронной частоты протонов и антипротонов проводилось в гравитационном поле на поверхности Земли, и любая разница между гравитационным взаимодействием протонов и антипротонов приведет к разнице между циклотронными частотами.
Выбирая образец гравитационного поля Земли, когда планета вращалась вокруг Солнца, ученые обнаружили, что материя и антиматерия реагируют на гравитацию одинаково до степени 3 доли на 100, что означает, что гравитационное ускорение материи и антиматерии идентично в пределах 97% от ощутимого ускорения.
Ульмер добавил, что эти измерения могут привести к новой физике. Он говорит: «Точность гравитационного взаимодействия в 3%, полученная в этом исследовании, сравнима с целью точности гравитационного взаимодействия между антиматерией и материей, которую другие исследовательские группы планируют измерить с помощью атомов антиводорода в свободном падении. Если результаты нашего исследования будут отличаться от других групп, оно может привести к зарождению совершенно новой физики».