08:15 2023-10-02
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Antimaterie: Am spart modul în care gravitația o afectează. Ce înseamnă pentru înțelegerea noastră a universului
_ Antimaterie: am spart cum gravitația îl afectează. Ce înseamnă pentru înțelegerea noastră a universului
O substanță numită antimaterie se află în centrul unuia dintre cele mai mari mistere ale universului. Știm că fiecare particulă are un însoțitor de antimaterie care este practic identic cu ea însăși, dar cu sarcina opusă. Când o particulă și antiparticula ei se întâlnesc, ele se anihilează reciproc – dispărând într-o explozie de lumină.
Înțelegerea noastră actuală a fizicii prezice că cantități egale de materie și antimaterie ar fi trebuit să fie create în timpul formării universului. Dar acest lucru nu pare să se fi întâmplat, deoarece ar fi dus la anihilarea tuturor particulelor imediat.
În schimb, există multă materie în jurul nostru, dar foarte puțină antimaterie – chiar și în adâncul spațiului. Această enigma a condus la o căutare mare pentru a găsi defecte în teorie sau a explica în alt mod antimateria lipsă.
O astfel de abordare s-a concentrat pe gravitație. Poate că antimateria se comportă diferit sub gravitație, fiind trasă în direcția opusă materiei? Dacă da, am putea fi pur și simplu într-o parte a universului din care este imposibil să observam antimateria.
Noul nostru studiu, publicat în Nature, dezvăluie modul în care antimateria se comportă de fapt sub influența gravitației.< /p>
Alte abordări ale întrebării de ce observăm mai multă materie decât antimaterie acoperă numeroase sub-domenii din fizică. Acestea variază de la astrofizică - care urmărește să observe și să prezică comportamentul antimateriei în cosmos prin experimente - până la fizica particulelor de înaltă energie, investigând procesele și particulele fundamentale care formează antimateria și le guvernează durata de viață.
În timp ce există mici diferențe. au fost observate pe durata de viață a unor particule de antimaterie în comparație cu omologii lor de materie, aceste rezultate sunt încă departe de a fi o explicație suficientă a asimetriei.
Proprietățile fizice ale antihidrogenului - un atom compus dintr-un electron de antimaterie ( pozitronul) legat de un proton de antimaterie (antiproton) — se așteaptă să fie exact aceleași cu cele ale hidrogenului. Pe lângă faptul că posedă aceleași proprietăți chimice ca și hidrogenul, cum ar fi culoarea și energia, ne așteptăm, de asemenea, ca antihidrogenul să se comporte la fel într-un câmp gravitațional.
Așa-numitul „principiu de echivalență slabă” din teorie a relativității generale afirmă că mișcarea corpurilor într-un câmp gravitațional este independentă de compoziția lor. Acest lucru spune în esență că din ce este făcut ceva nu afectează modul în care gravitația îi influențează mișcările.
Această predicție a fost testată cu o precizie extrem de ridicată pentru forțele gravitaționale cu o varietate de particule de materie, dar niciodată direct asupra mișcarea antimateriei.
Chiar și în cazul particulelor de materie, gravitația se deosebește de alte teorii fizice, prin aceea că nu a fost încă unificată cu teoriile care descriu antimateria. Orice diferență observată cu gravitația antimateriei poate ajuta la luminarea ambelor probleme.
Până în prezent, nu au existat măsurători directe ale mișcării gravitaționale a antimateriei. Studiul este destul de dificil, deoarece gravitația este cea mai slabă forță.
Aceasta înseamnă că este dificil să distingem efectele gravitației de alte influențe externe. Doar odată cu progresele recente ale tehnicilor de producere a antimateriei stabile (cu viață lungă), neutră și rece, măsurătorile au devenit fezabile.
Lucrările noastre au avut loc la experimentul ALPHA-g de la CERN, cel mai mare laborator de fizică a particulelor din lume, cu sediul în Elveția, care a fost conceput pentru a testa efectele gravitației prin conținutul de antihidrogen într-o capcană verticală de doi metri înălțime. Antihidrogenul este creat în capcană prin combinarea constituenților săi de antimaterie: poziția și antiprotonul.
Pozitronii sunt produși cu ușurință de unele materiale radioactive - am folosit sare de masă radioactivă. Pentru a crea antiprotoni reci, totuși, a trebuit să folosim acceleratoare de particule imense și o instalație unică de decelerare care funcționează la CERN.
Ambele ingrediente sunt încărcate electric și pot fi prinse și stocate independent ca antimaterie în dispozitive speciale numite Penning capcane, care constau din câmpuri electrice și magnetice.
Atomii, totuși, nu sunt limitați de capcanele Penning, așa că am avut un dispozitiv suplimentar numit „capcană pentru sticle cu magnet”, care a limitat -atomi. Această capcană a fost creată de câmpurile magnetice generate de numeroși magneți supraconductori.
Aceștia au fost operați pentru a controla puterile relative ale diferitelor părți ale sticlei. În special, dacă am slăbi partea de sus și de jos a sticlei, atomii ar putea părăsi capcana sub influența gravitației.
Am numărat câți anti-atomi au scăpat în sus și în jos prin detectarea antimateriei. anihilări create pe măsură ce antiatomii s-au ciocnit cu particulele de materie din jur din capcană. Comparând aceste rezultate cu modele computerizate detaliate ale acestui proces în atomii normali de hidrogen, am reușit să deducem efectul gravitației asupra atomilor antihidrogen.
Rezultatele noastre sunt primele din experimentul ALPHA-g. și prima măsurare directă a mișcării antimateriei într-un câmp gravitațional. Ei arată că gravitația antihidrogen este aceeași cu cea a hidrogenului, ea scade mai degrabă în jos decât în creștere, în limitele de incertitudine ale experimentului.
Aceasta înseamnă că cercetarea noastră a exclus empiric o serie de teorii istorice care implică atât -numită „anti-gravitație” sugerând că antimateria ar gravita exact în direcția opusă materiei normale.
Măsurarea actuală este o piatră de hotar importantă în scopul experimentului. Lucrările viitoare Experimentul ALPHA-g își va îmbunătăți precizia printr-o mai bună caracterizare și control al aspectelor importante ale experimentului, cum ar fi capcanele și sistemele de răcire a atomilor.
Există încă spațiu suficient pentru a găsi rezultate noi care pot ajuta explica asimetria materie-antimaterie. Fizica este menită să descrie realitatea observată și pot exista oricând surprize în modul în care funcționează lumea.
Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.
Comentarii:
Adauga Comentariu