Einstein znowu miał rację. Antymateria jednak nie lewituje
Przeprowadzony niedawno eksperyment w słynnym ośrodku naukowym CERN dowiódł, że antymateria jest odpychana przez grawitację. Co to oznacza?
Po pierwsze wraz z obaleniem teorii o lewitacji antymaterii nasze nadzieje na uzyskanie efektu lewitacji właśnie zmalały. Po drugie grawitacja wciąż okazuje się być siłą, której nic - włączając w to światło i czas - nie jest w stanie się oprzeć. Po trzecie ogólna teoria względności Einsteina wciąż obowiązuje.
Wyniki eksperymentu przeprowadzonego przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley pracujących z ALPHA, (od ang. Antihydrogen Laser Physics Apparatus, czyli w wolnym tłumaczeniu: Antywodorowy Przyrząd Fizyki Laserowej) wraz z partnerami z CERN (Europejskiego Ośrodka Badań Jądrowych w Genewie w Szwajcarii) pokazują, że antymateria nie lewituje, a opada w polu grawitacyjnym. W takim razie przynajmniej w przypadku antymaterii antygrawitacja nie istnieje.
Grawitacja działa na wszystko
Uzyskane przez zespół badawczy przyspieszenie grawitacyjne antymaterii jest zbliżone do tego, jakie uzyskuje normalna materii na Ziemi, co określa wartość natężenia ziemskiego pola grawitacyjnego, równa 9,8 metra na sekundę do kwadratu.
Jak uprościł profesor fizyki z Berkeley Joel Fajans, który razem z fizykiem teoretykiem Jonathanem Wurtele po raz pierwszy zaproponował eksperyment:
Z pewnością antymateria przyspiesza w dół i jej przyspieszenie mieści się w granicach normalnego ziemskiego tempa. Innymi słowy - nie będziemy w stanie lewitować za pomocą antymaterii. Odwrotny wynik badania miałby bardzo poważne konsekwencje - byłby niezgodny z zasadą tzw. słabej równoważności ogólnej teorii względności Einsteina. Jednocześnie musimy pamiętać, że żadna znana teoria fizyczna nie przewiduje, że grawitacja powinna być odpychająca dla antymaterii. Niektórzy fizycy twierdzą, że gdyby tak było, można by stworzyć perpetuum mobile, co jest teoretycznie niemożliwe.
Wynik eksperymentu - choć sprawia zawód liczącym na to, że posiądziemy zdolność lewitacji - nie zaskakuje większości fizyków. Jest zgodny z ogólną teorią względności Alberta Einsteina. O genialności jej i jej twórcy najlepiej świadczy fakt, że powstała przed odkryciem antymaterii, co miało miejsce w 1932 r. Teoria względności traktuje całą materię identycznie, wskazując, że zarówno normalna materia, jak i antymateria poddają się działaniu grawitacji.
Normalna materia, czyli atomy i ich składowe posiada swoje przeciwieństwo, antymaterię, składającą się z „antyatomów”, z których zbudowane są antycząstki. Posiadają przeciwny ładunek elektryczny i kiedy zetkną się ze swoim odpowiednikiem w postaci normalnej materii następuje całkowita anihilacja obydwu. Anihilacja z kolei to proces, w wyniku którego następuje całkowite zniszczenie materii posiadającej masę.
Efektem anihilacji jest powstanie fotonów, których łączna energia jest równa łącznej masie materii i antymaterii, które jej uległy. Jeszcze inaczej można to opisać z punktu widzenia elektrodynamiki klasycznej, według której anihilacja jest przekształceniem materii na promieniowanie elektromagnetyczne.
W opisywanym eksperymencie fizycy wykorzystali do swoich badań antywodór, czyli antyproton sparowany z antyelektronem o cechach idealnie przeciwnych od właściwości protonów i elektronów wodoru i ostatecznie wykazali, że grawitacja ciągnie go w dół, a nie wypycha w górę.
Tyle jeśli chodzi o teorię
Przyjrzyjmy się praktycznym konsekwencjom, jakie niosą ze sobą wyniki eksperymentu w CERN. Pomysł, że antymateria i materia mogą podlegać wpływom grawitacji w odmiennym stopniu był dla naukowców bardzo kuszący. Gdyby okazał się być słusznym, można by dzięki temu wyjaśnić kilka nierozwiązanych jak na razie zagadek Wszechświata.
Jedną z nich jest to, co doprowadziło do oddzielenia się od siebie materii i antymaterii we wczesnym Wszechświecie. Gdybyśmy znaleźli odpowiedź na to pytanie, moglibyśmy zrozumieć, dlaczego jesteśmy w stanie zaobserwować jedynie niewielką ilość antymaterii w kosmosie wokół nas.
Czytaj więcej nt. najnowszych odkryć naukowych:
Co dalej?
Fizycy z Berkeley mają teraz nadzieję, że zaplanowane ulepszenia aparatury ALPHA-g i oprogramowania, które nią steruje pozwoli na poprawienie jej czułości aż 100-krotnie. Kiedy to nastąpi, być może usłyszymy jeszcze nie raz o kolejnych dokonaniach naukowców. Póki co, choć wynik eksperymentu przeprowadzonego we współpracy z CERN może być traktowany jako rozczarowanie, jest on też ważnym kolejnym potwierdzeniem słuszności ogólnej teorii względności, której jak dotąd po ponad stu latach od jej sformułowania nie ima się nic.
Jak opisuje to partner naukowy Joela Fajansa, Jonathan Wurtele:
Gdyby zapytać fizyków na temat tego eksperymentu, wszyscy powiedzieliby, że jego wynik nie jest w najmniejszym stopniu zaskakujący. Taka jest po prostu rzeczywistość. Ale większość z nich powie również, że eksperyment musiał zostać przeprowadzony, ponieważ nigdy nie można być niczego pewnym. Fizyka jest nauką eksperymentalną. Nie chcesz być takim głupcem, który nie przeprowadza eksperymentu badającego potencjalnie nową fizykę, ponieważ myślałeś, że znasz odpowiedź, a potem okazuje się, że jest inaczej.
Trudno o lepsze podsumowanie i jednocześnie zachętę na przyszłość dla naukowców do prowadzenia kolejnych badań, które krok po kroku odsłaniają przed nami tajemnice rzeczywistości, a przynajmnie potwierdzają obowiązujące teorie.
To pozwala na dalsze prowadzenie badań w oparciu solidny, naukowy grunt.
