Materia är föremål för gravitationsattraktion. Einsteins allmänna relativitetsteori hade förutspått att antimateria också skulle falla till jorden på samma sätt. Det fanns dock inga direkta experimentella bevis hittills för att visa det. ALPHA-experiment vid CERN är det första direkta experimentet att ha observerat effekten av tyngdkraften om antimaterias rörelse. Fynden uteslöt frånstötande "antigravitation" och ansåg att tyngdkraften influenser roll och antimateria på liknande sätt. Det observerades att atomer av antiväte (en positron kretsande en antiproton) föll till jorden på samma sätt som väteatomer.
Antimateria är sammansatt av antipartiklar (positroner, antiprotoner och antineutroner är antipartiklar av elektroner, protoner och neutroner). Materia och antimateria utplånar varandra fullständigt när de kommer i kontakt och lämnar efter sig energi.
Materia och antimateria skapades i lika stora mängder i början universum av Big Bang. Men vi hittar inte antimateria nu i naturen (materia-antimateria asymmetri). Materien dominerar. Som ett resultat är förståelsen av egenskaper och beteende hos antimateria ofullständig. När det gäller gravitationens inverkan på antimaterias rörelse, hade den allmänna relativitetsteorin förutspått att antimateria också skulle påverkas på liknande sätt, men det fanns ingen direkt experimentell observation som bekräftade det. Vissa hade till och med hävdat att till skillnad från materia (som är föremål för gravitationskraft), antimateria kan vara föremål för frånstötande "antigravitation" vilket har uteslutits av de nyligen publicerade resultaten av CERNs ALPHA-experiment.
Det första steget var att tillverka antiatomer i laboratoriet och kontrollera dem för att undvika att de stöter på materia och förintar dem. Lätt kan det låta men det tog över tre decennier att göra det. Forskarna nollställde antiväteatomer som ett idealiskt system för att studera antimaterias gravitationsbeteende eftersom antiväteatomer är elektriskt neutrala och stabila partiklar av antimateria. Forskargruppen tog negativt laddade antiprotoner som producerats i laboratoriet och band dem med positivt laddade positroner från en natrium-22-källa för att skapa antiväteatomer som sedan spärrades in i en magnetfälla för att förhindra förintelse med materiaatomer. Den magnetiska fällan stängdes av för att tillåta antiväteatomer att fly på ett kontrollerat sätt i en vertikal apparat ALPHA-g och de vertikala positionerna vid vilka antiväteatomerna förintas med materia mättes. Forskarna fångade grupper om cirka 100 antiväteatomer. De släppte långsamt antiatomer från en grupp under en period av 20 sekunder genom att minska strömmen i magneterna översta och nedre. De fann att andelen antiatomer som existerade genom toppen och botten motsvarade resultaten för atomer från simuleringar. Man fann också att accelerationen av en antiväteatom överensstämde med välkänd acceleration pga tyngdkraften mellan materia och jorden, vilket tyder på att antimateria är föremål för samma gravitationsattraktion som materia och inte för någon frånstötande "antigravitation".
Detta fynd är en milstolpe i studiet av gravitationsbeteendet hos antimateria.
***
Källor:
- CERN 2023. Nyheter – ALPHA-experiment vid CERN observerar gravitationens inverkan på antimateria. Upplagd 27 september 2023. Finns på https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Åtkomst den 27 september 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Observation av gravitationens inverkan på antimaterias rörelse. Nature 621, 716–722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
