Недавний эксперимент международного сотрудничества в области антиводородной лазерной физики позволил провести первое прямое измерение свободно падающего антивещества. Исследование было опубликовано в Nature.
Антиматерия — это особый вид материи, который состоит из античастиц. Античастицы имеют противоположные характеристики по сравнению с частицами обычной материи. Например, у электрона отрицательный заряд, а у его античастицы — позитрона — положительный заряд. Также есть антипротоны, которые имеют отрицательный заряд, в то время как обычные протоны имеют положительный заряд.
Когда античастицы объединяются с частицами обычной материи, образуется атом антиводорода. В этом атоме положительно заряженная античастица вращается вокруг отрицательно заряженного ядра.
Вселенная производит антивещество вместе с обычной материей, и их количество примерно одинаково. Однако, если антивещество и обычная материя встречаются, они аннигилируют друг друга, и все, что остается — энергия в форме гамма-лучей. Это происходит из-за того, что антивещество и обычная материя имеют противоположные характеристики, которые взаимно уничтожаются при встрече.
Существование неодинакового соотношения между материей и антиматерией в Вселенной является загадкой. По теории Большого Взрыва, в самом начале должно быть создано одинаковое количество материи и антиматерии. Однако, если они встречаются, они взаимно аннигилируются. Поэтому такого изобилия материи, которое мы видим сейчас, быть не должно.
Также существуют идеи, которые предполагают, что существование антиматерии может быть связано с фундаментальными свойствами космической гравитации. Если, например, античастицы отталкиваются гравитацией, а не притягиваются, это могло бы привести к разделению материи и антиматерии в ранние стадии Вселенной.
Если бы антиводород как-то отличался от водорода, это было бы революционным явлением. Физические законы, как в квантовой механике, так и в гравитации, гласят, что поведение должно быть одинаковым. Чтобы проверить это, нужно провести эксперимент. Но все не так просто.
За всю историю было произведено лишь несколько нанограммов антипротонов и позитронов. Замедление антивещества, его хранение и транспортировка античастиц для экспериментов — еще одна проблема.
Но самым большим препятствием является невероятная слабость самой гравитации по сравнению с мощью электромагнетизма. Сила гравитации, действующая на одиночный протон, находящийся на поверхности Земли, такая же, как электрическое поле с напряженностью всего 0,000001 вольт на квадратный метр.
Однако в 2022 году исследователи провели эксперименты, доказывающие, что антиматерия и материя реагируют на гравитацию одинаково. Это было достигнуто путем контроля магнитных полей, чтобы притяжение гравитации действовало на антиматерию, направляя ее в сторону Земли.
Теперь можно отказаться от идеи, что гравитация отделила антиматерию от материи после Большого взрыва. Но все еще есть небольшая вероятность того, что гравитация любит одного из «близнецов» материи немного больше, чем другого. Если это так, это объясняет, почему мы унаследовали целую Вселенную.
Ранее ученые впервые взвесили гало темной материи древних галактик. Оно в 10 триллионов раз превышает массу Солнца.
Законы физики призваны помочь понять устройство нашего мира, но хорошо знающие их люди могут все только еще больше запутать. Без использования магии (и фотошопа) можно сделать много такого, что выходит далеко за рамки привычного: