Nye antimateriale tyngdekraftforsøg begynder ved CERN

Vi lærer det på gymnasiet:Slip to objekter af forskellige masser i fravær af friktionskræfter, og de falder ned i samme hastighed i Jordens tyngdekraft. Hvad vi ikke har lært, fordi det ikke er blevet målt direkte i forsøg, er, om antimateriale falder i samme hastighed som almindeligt stof, eller om det kan opføre sig anderledes. To nye forsøg på CERN, ALPHA-g og GBAR, har nu startet deres rejse mod at besvare dette spørgsmål.

ALPHA-g ligner meget ALPHA-eksperimentet, som fremstiller neutrale antihydrogenatomer ved at tage antiprotoner fra Antiproton Decelerator (AD) og binde dem med positroner fra en natrium-22 kilde. ALPHA begrænser derefter de resulterende neutrale antihydrogenatomer i en magnetisk fælde og skinner laserlys eller mikrobølger på dem for at måle deres indre struktur. ALPHA-g-eksperimentet har den samme type apparater til fremstilling og indfangning af antiatom, bortset fra at det er orienteret lodret. Med denne lodrette opsætning, forskere kan måle præcist de lodrette positioner, hvor antihydrogenatomerne tilintetgøres med normalt stof, når de slukker for fældens magnetfelt, og atomerne er alene påvirket af tyngdekraften. Værdierne for disse positioner giver dem mulighed for at måle tyngdekraftens virkning på antiatomer.

GBAR -eksperimentet, også placeret i AD -hallen, tager en anden tack. Det planlægger at bruge antiprotoner leveret af ELENA -decelerationsringen og positroner produceret af en lille lineær accelerator til fremstilling af antihydrogenioner, bestående af en antiproton og to positroner. Næste, efter at have fanget antihydrogenionerne og kølet dem til en ultralav temperatur (ca. 10 mikrokelvin), det vil bruge laserlys til at fjerne dem fra en positron, gør dem til neutrale antiatomer. På dette tidspunkt, de neutrale antiatomer frigives fra fælden og får lov at falde fra en højde på 20 centimeter, hvorunder forskerne vil overvåge deres adfærd.

Efter måneders arbejde døgnet rundt af forskere og ingeniører med at sammensætte eksperimenterne, ALPHA-g og GBAR har modtaget de første stråler af antiprotoner, markerer begyndelsen på begge forsøg. ALPHA-g begyndte at tage stråle den 30. oktober, efter at have modtaget de nødvendige sikkerhedsgodkendelser. ELENA sendte sin første stråle til GBAR den 20. juli, og siden har deceleratoren og GBAR -forskere forsøgt at perfektere levering af strålen. ALPHA-g- og GBAR-holdene kører nu for at igangsætte deres eksperimenter, inden CERNs acceleratorer lukker ned om et par uger i en toårig periode med vedligeholdelsesarbejde. Jeffrey Hangst, talsmand for ALPHA -eksperimenterne, siger:"Vi håber, at vi får chancen for at foretage de første tyngdekraftmålinger med antimateriale, men det er et løb mod tiden. "Patrice Pérez, talsmand for GBAR, siger:"GBAR -eksperimentet bruger et helt nyt apparat og en antiprotonstråle, der stadig er i driftsfase. Vi håber at producere antihydrogen i år og arbejder på at være klar til at måle tyngdekraften på antimateriale, når antiprotonerne er tilbage i 2021. "

Endnu et eksperiment i AD -hallen, AEgIS, som har været i drift i flere år, arbejder også på at måle tyngdekraftens virkning på antihydrogen ved hjælp af endnu en metode. Ligesom GBAR, AEgIS håber også på at producere sine første antydrogenatomer i år.

At opdage enhver forskel mellem antimateriets og materiens adfærd i forbindelse med tyngdekraften kan pege på en kvanteteori om tyngdekraften og måske kaste lys over, hvorfor universet ser ud til at være fremstillet af stof frem for antimateriale.