Чи справді антиматерія падає вгору: ознака революції у фізиці

У 1971 році астронавт Девід Скотт стояв на поверхні Місяця, тримаючи в руках молоток і перо, і у вакуумі відпустив їх вниз. Вони вдарилися поверхню Місяця одночасно. Це була демонстрація слабкого принципу еквівалентності сил гравітації та інерції, який є основою загальної теорії відносності Ейнштейна. Він свідчить, що всі об'єкти, незалежно від їхньої маси або внутрішнього складу, падають з однаковою швидкістю в гравітаційному полі. Коли Ейнштейн створював свою теорію, він не намагався пояснити, чому це відбувається. Він просто припустив, що це фундаментальне правило. Але що, якщо існує речовина, яка відмовляється грати за цими правилами? Що, якщо ми скинемо вниз щось настільки екзотичне, що воно навіть не потрапляло в поле зору Ейнштейна? Астрофізик Пол Саттер пояснює, чи справді така речовина, як антиматерія порушує правила і падає вгору, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

У 1920-х роках фізик Поль Дірак намагався змусити співіснувати два абсолютно різні світи — квантову механіку і спеціальну теорію відносності. Дірак знайшов рівняння, яке працювало, але в нього була одна особливість. Подібно до того, як квадратний корінь із 4 може бути одночасно 2 і -2, його рівняння пропонувало два рішення для енергії частинки: одне позитивне і одне негативне.

Рішення Дірака стало відоме як "море Дірака". Він уявляв собі космічний простір не як порожній вакуум, а як океан станів негативної енергії. Якщо ви перемістите одну з цих невидимих частинок в область позитивних зарядів, залишиться діра. Ця діра поводиться як звичайна частинка, але з протилежним зарядом. Це був перший випадок, коли така частинка була передбачена чистою математикою до того, як її вдалося виявити в лабораторії. Вона називається антиматерією.

Чому антиматерія використовується для перевірки теорії гравітації, тобто загальної теорії відносності Ейнштейна? Тому що антиматерія — це міст до найбільшого розриву у фізиці. Загальна теорія відносності та квантова механіка відомі тим, що не працюють разом. Оскільки антиматерія є продуктом квантового світу, вона ідеально підходить для перевірки теорії гравітації. Але є проблема: коли звичайна матерія й антиматерія стикаються, вони знищують одна одну з виділенням чистої енергії. Також порівняно з електромагнітною силою, гравітація неймовірно слабка.

Щоб подолати ці перешкоди, фізикам із ЦЕРН довелося проявити винахідливість. Спочатку вони створили нейтральний антиводень, з'єднавши антипротони з позитронами (антиелектронами). Вчені помістили близько сотні таких антиатомів у магнітну пастку Пеннінга, яка утримує їх на місці. Потім, використовуючи лазери, фізики охолодили атоми майже до абсолютного нуля, щоб запобігти їхнім коливанням. Після цього вчені повільно зменшили силу магнітного поля.

Якби антиматерія ігнорувала слабкий принцип еквівалентності, атоми могли б піднятися вгору, відштовхуючись від Землі. Якби Ейнштейн мав рацію, вони мали б упасти вниз. Як показав експеримент, приблизно 80% антиатомів провалилися вниз крізь дно пастки.

Це означає, що антиматерія падає вниз. Це означає, що слабкий принцип еквівалентності залишається в силі, і бачення Ейнштейна залишається бездоганним.

Але, хоча відомо, що антиматерія падає донизу, фізики поки що не знають, чи падає вона з точно таким самим прискоренням, як і звичайна матерія. Якщо різниця у швидкості падіння становить хоча б 1%, це буде ознакою революції у фізиці, тобто ознакою того, що гравітація по-іншому ставиться до дзеркальної матерії. Але поки що Всесвіт залишається місцем, де антиматерія і звичайна матерія падають вниз з однаковою швидкістю.

Як уже писав Фокус, нова теорія змови свідчить, що Земля втратить гравітацію 12 серпня 2026 року. Згідно з черговою теорією змови, NASA приховує від нас "страшну правду" про справжню катастрофу, яка призведе до загибелі десятків мільйонів людей. Іноді критичне мислення, а також базові знання фізики можуть врятувати від передчасної паніки, а також віри в різноманітні теорії змови, які циркулюють у соціальних мережах.