Вчені зробили ключове відкриття щодо антиматерії – таємничої речовини, яка виникла після створення Всесвіту.

Антиматерія є протилежністю матерії, з якої складаються зірки та планети.

Обидві вони виникли в однаковій кількості під час Великого вибуху, який сформував наш Всесвіт. Однак якщо матерія є всюди, її протилежність – антиматерію – надзвичайно важко знайти.

Нове дослідження виявило, що вони однаково реагують на гравітацію.

Протягом багатьох років фізики намагалися виявити їхні відмінності та подібності, щоб пояснити, як виник Всесвіт.

Якби виявили, що антиматерія у відповідь на гравітацію підіймається вгору, а не опускається вниз, це зруйнувало б наші уявлення про фізику.

Тепер вони вперше підтвердили, що атоми антиматерії падають вниз. Це відкриття прочиняє двері для нових експериментів і теорій. Наприклад, чи падають вони з однаковою швидкістю?

Під час Великого вибуху матерія та антиматерія мали поєднатися та знищити одна одну, не залишивши нічого, крім світла. Чому цього не відбулося – одна з найбільших таємниць фізики, а виявлення відмінностей між ними є ключем до її вирішення.

Якимось чином матерія перемогла антиматерію в ті перші моменти створення. За словами докторки Даніели Годжкінсон, членкині дослідницької групи у ЦЕРН у Швейцарії – найбільшої у світі лабораторії фізики елементарних частинок – ключовим може бути те, як вона реагує на гравітацію.

“Ми не розуміємо, чому у нашому Всесвіті почала домінувати матерія, і це мотивує наші експерименти”, – сказала вона ВВС.

Більшість антиматерії у Всесвіті існує лише короткочасно, протягом часток секунд. Тож для проведення експериментів команді у ЦЕРН потрібно було створити її у стабільній та довговічній формі.

Професор Джеффрі Гангст витратив тридцять років на створення апарату, щоб побудувати тисячі атомів антиматерії з субатомних частинок, утримати їх, а потім випустити.

“Антиматерія – це найкрутіша, найзагадковіша річ, яку тільки можна уявити”, – каже він.

“Наскільки ми розуміємо, можна було б побудувати всесвіт, такий же, як наш, у якому я та ви складалися б лише з антиматерії”, – вважає професор Гангст.

“Це дуже надихає. Це одне з найбільш фундаментальних відкритих питань про те, що це таке і як воно поводиться”, – додає він.

Що таке антиматерія?

Почнімо з того, що таке матерія: все в нашому світі складається з неї, з крихітних частинок, які називаються атомами.

Найпростіший атом – гідроген. Саме з нього в основному складається Сонце. Атом гідрогену складається з позитивно зарядженого протона всередині та негативно зарядженого електрона, що обертається навколо нього.

В антиматерії усе відбувається навпаки.

Візьмімо антигідроген, який є антиматеріальною версією гідрогену, який використовували в експериментах ЦЕРН. Він має негативно заряджений протон (антипротон) усередині та позитивну версію електрона (позитрон), що обертається навколо нього.

Ці антипротони утворюються шляхом зіткнення частинок між собою в прискорювачах ЦЕРН. Вони надходять до лабораторії антиматерії по трубах зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Це надто швидко для того, щоб дослідники могли їх контролювати.

Першим кроком є уповільнення їхнього руху, задля чого дослідники змушують їх рухатися по кільцю. Це забирає у них енергію доти, поки вони не почнуть рухатися з більш керованою швидкістю.

Потім антипротони та позитрони відправляють до гігантського магніту, де вони змішуються, утворюючи тисячі атомів антигідрогену.

Магніт створює поле, яке затримує антигідроген. Якби він торкнувся бічної стінки контейнера, то був би миттєво знищений, адже антиматерія не може витримати контакт з нашим світом.

При вимкненні поля атоми антигідрогену вивільняються. Потім датчики визначають, чи вони рухаються вгору чи вниз.

Деякі теоретики передбачали, що антиматерія може піднятися вгору, хоча більшість, зокрема Альберт Ейнштейн у своїй Загальній теорії відносності понад сто років тому, стверджували, що вона повинна поводитися так само як матерія, і падати вниз.

Дослідники з ЦЕРН тепер підтвердили, що Ейнштейн був правий.

Але те, що антиматерія не підіймається вгору, ще не означає, що вона падає з такою ж швидкістю, як матерія.

Надалі команда дослідників удосконалюватиме свій експеримент, щоб мати можливість побачити, чи є невелика різниця у швидкості падіння антиматерії.

Якщо це так, це зможе відповісти на одне з найбільших питань – як виник Всесвіт.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

Паллаб Гош