Впервые ученые наблюдали частицы антиматерии — загадочные двойники видимой материи вокруг нас — падающие вниз под действием гравитации, сообщила в среду европейская физическая лаборатория ЦЕРН. Эксперимент был назван «огромной вехой», хотя большинство физиков ожидали результата, и он был предсказан теорией относительности Эйнштейна 1915 года. Это окончательно исключает тот факт, что гравитация отталкивает антиматерию вверх — открытие, которое перевернуло бы наше фундаментальное понимание Вселенной. Считается, что около 13,8 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва было произведено равное количество материи (из которой состоит все, что вы видите) и антиматерии, ее равного, но противоположного аналога. Однако во Вселенной практически нет антивещества, что привело к одной из величайших загадок физики: что случилось со всей антиматерией? «Половины Вселенной не хватает», — сказал Джеффри Хангст, член коллаборации CERN ALPHA в Женеве, которая проводила новый эксперимент. «В принципе, мы могли бы построить Вселенную — все, о чем мы знаем — только из антиматерии, и это будет работать точно так же», — сказал он AFP.
Физики полагают, что материя и антиматерия встретились и почти полностью уничтожили друг друга после Большого взрыва. Тем не менее, сейчас материя составляет почти пять процентов Вселенной (остальное — это еще менее понятная темная материя и темная энергия), а антиматерия исчезла. Один из ключевых нерешенных вопросов об антиматерии заключался в том, заставляет ли гравитация ее падать так же, как обычная материя. Хотя большинство физиков считали, что это так, некоторые полагали иначе. Падающее яблоко вдохновило Исаака Ньютона на работу по гравитации, но если бы это яблоко было сделано из антиматерии, взлетело бы оно в небо? И если бы гравитация действительно отталкивала антиматерию, это могло бы означать, что невозможное, такое как вечный двигатель, стало возможным. «Так почему бы не бросить немного и посмотреть, что произойдет?» - сказал Хангст. Он сравнил этот эксперимент со знаменитой (хотя, вероятно, апокрифической) демонстрацией Галилея 16-го века того, что два шара разной массы, брошенные с Пизанской башни, будут падать с одинаковой скоростью. Но этот эксперимент — результат 30-летней работы над антиматерией в ЦЕРН — был «немного более сложным», чем эксперимент Галилея, сказал Хангст.
Одна из проблем заключалась в том, что антиматерия практически не существует за пределами редких, короткоживущих частиц в космическом пространстве. Однако в 1996 году ученые ЦЕРН получили первые атомы антивещества — антиводорода. Другая проблема заключалась в том, что, поскольку материя и антиматерия имеют противоположный электрический заряд, в момент их встречи они уничтожают друг друга в сильной вспышке энергии, которую ученые называют аннигиляцией. Чтобы изучить влияние гравитации на антивещество, команда АЛЬФА сконструировала бутылку длиной 25 сантиметров (10 дюймов), поставленную на ее конец, с магнитами сверху и снизу. В конце прошлого года ученые поместили около 100 очень холодных атомов антиводорода в «магнитную ловушку» под названием АЛЬФА-g. Когда они уменьшили силу обоих магнитов, частицы антиводорода, которые подпрыгивали со скоростью 100 метров в секунду, смогли вырваться из любого конца бутылки. Затем ученые просто подсчитали, сколько антивещества было уничтожено на каждом конце бутылки. Около 80 процентов антиводорода вышло со дна, что примерно соответствует тому, как вели бы себя обычные прыгающие атомы водорода, если бы они находились в бутылке.
Этот результат, опубликованный в журнале Nature, показывает, что гравитация заставляет антивещество падать вниз, как и предсказывает теория относительности Эйнштейна 1915 года. В более чем дюжине экспериментов ученые ЦЕРН варьировали силу магнитов, наблюдая влияние гравитации на антивещество с разной скоростью. Хотя эксперимент исключает, что гравитация заставляет антиводород подниматься вверх, Хангст подчеркнул, что он не доказал, что антивещество ведет себя точно так же, как обычное вещество. «Это наша следующая задача», — сказал он. Марко Герсабек, физик, работающий в ЦЕРНе, но не принимавший участия в исследованиях АЛЬФА, сказал, что это «огромная веха». Но это знаменует собой «только начало эры» более точных измерений воздействия гравитации на антивещество, сказал он агентству Франс Пресс. Другие попытки лучше понять антиматерию включают использование Большого адронного коллайдера ЦЕРН для исследования странных частиц, называемых кварками красоты. А на борту Международной космической станции проводится эксперимент по улавливанию антивещества в космических лучах. Но на данный момент, почему именно Вселенная наполнена материей, но лишена антиматерии, «остается загадкой», сказал физик Гарри Клифф. Поскольку оба должны были полностью уничтожить друг друга в ранней Вселенной, «тот факт, что мы существуем, предполагает, что происходит что-то, чего мы не понимаем», добавил он.
