Wissenschaftlern ist es zum ersten Mal in der Geschichte gelungen, den direkten Einfluss der Schwerkraft auf Antimaterie zu messen, indem sie Antiwasserstoffatome aus einer Magnetfalle fallen ließen und beobachteten, wie sie sich selbst vernichteten, wenn sie mit gewöhnlicher Materie in Kontakt kamen.
Physiker glauben, dass es für jedes positiv geladene reguläre Teilchen im Universum ein negativ geladenes Antiteilchen gibt, dessen Masse und Spinrate mit denen ihrer Gegenstücke identisch sind. Es wurde angenommen, dass bei dem Urknall, der den Kosmos hervorbrachte, gleiche Mengen an Materie und Antimaterie entstanden sind. Dennoch ist Antimaterie im Vergleich zu den gewöhnlichen subatomaren Teilchen, aus denen die gewöhnliche Materie unseres Universums besteht, unglaublich selten. Das Verständnis dieser exotischen Teilchen ist ein phänomenal herausforderndes Unterfangen, was teilweise auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass Materie und Antimaterie sich sofort gegenseitig vernichten, wenn sie in Kontakt kommen.
Wissenschaftler vom CERN-Labor für Teilchenphysik in Genf waren kürzlich erfolgreich indem wir die Eigenschaften der Antimaterie beleuchten, indem wir beobachten, wie die Schwerkraft – eine der vier Grundkräfte der Natur, die das Verhalten aller subatomaren Teilchen im Universum bestimmen – ihren Einfluss auf Antiteilchen ausübt. Wie in einem neuen Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift veröffentlicht wurde NaturWissenschaftler würden erwarten, dass sich Antimaterie unter dem Einfluss der Schwerkraft genauso verhält wie normale Materie und in Richtung ihrer Quelle, der Erde, beschleunigt wird.
Was passiert, wenn Sie einen Anti-Apfel fallen lassen?
In einem heute veröffentlichten Artikel in @NaturDie ALPHA-Kollaboration in der Antimaterie-Fabrik des CERN zeigt, dass Atome von Antiwasserstoff – einem Positron, das ein Antiproton umkreist – im Rahmen der Präzision ihres Experiments auf die gleiche Weise auf die Erde fallen wie… pic.twitter.com/oo83GbZT2Z
— CERN (@CERN) 27. September 2023
Eine gegenteilige Entdeckung hätte enorme Auswirkungen auf das Gebiet, da sie darauf hindeuten könnte, dass Antimaterie nicht gut mit Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zusammenpasst und dass eine Art „Antigravitationseffekt“ im Spiel war. Positiv zu vermerken ist, dass die Vorstellung, dass Antimaterie irgendwie von der Masse abgestoßen wird, erklären könnte, warum wir heute so wenig davon sehen.
Um das Experiment durchzuführen, schuf ein Team von Wissenschaftlern am CERN, bekannt als ALPHA-Kollaboration, eine Population von Antiwasserstoffatomen, den einfachsten bekannten Antimaterieteilchen, indem es Antiprotonen mit Positronen verband. Der Antiwasserstoff wurde dann in einer Magnetfalle suspendiert, die verhinderte, dass sich die Partikel an der umgebenden Materie vernichteten.
Dann wurden Gruppen von 100 Antiwasserstoffteilchen in ein Instrument gegeben, das den vertikalen Ort messen sollte, an dem die Antimaterieteilchen vernichtet werden. Anschließend reduzierten die Wissenschaftler den in die Magnetfallen fließenden Strom, sodass die Antimaterie entweichen und sich selbst zerstören konnte.
Nachdem das Team die Ergebnisse aus sieben solchen Experimenten gemittelt hatte, stellte es fest, dass rund 80 % der Antiwasserstoffatome aufgrund des Gravitationseinflusses der Erde aus der Unterseite der Magnetfallen entwichen, während nur 20 % von der Oberseite austraten.
Die Ergebnisse stimmten gut mit Computersimulationen des Experiments überein, das das Verhalten gewöhnlicher Wasserstoffatome modellierte, was wiederum darauf hindeutet, dass die Schwerkraft einen einheitlichen Einfluss sowohl auf Materie als auch auf Antimaterie ausübt.
„In der Physik weiß man etwas erst dann wirklich, wenn man es beobachtet“ erklärte Jeffrey Hangst, ein Sprecher des ALPHA-Teams. „Dies ist das erste direkte Experiment, das tatsächlich einen Gravitationseffekt auf die Bewegung von Antimaterie beobachtet. Es ist ein Meilenstein in der Erforschung der Antimaterie, die uns aufgrund ihrer scheinbaren Abwesenheit im Universum immer noch ein Rätsel darstellt.“
Als nächstes hoffen die ALPHA-Wissenschaftler, die Genauigkeit des Experiments zu erhöhen, indem sie die Antiwasserstoffatome mit einem speziellen Laserexperiment im CERN-Labor kühlen.
„Wir haben 30 Jahre gebraucht, um zu lernen, wie man dieses Anti-Atom herstellt, es festhält und so gut kontrolliert, dass wir es tatsächlich so fallen lassen können, dass es empfindlich auf die Schwerkraft reagiert.“ sagte Hangst. „Der nächste Schritt besteht darin, die Beschleunigung so genau wie möglich zu messen. Wir wollen testen, ob Materie und Antimaterie tatsächlich auf die gleiche Weise fallen. Es wird erwartet, dass die Laserkühlung von Antiwasserstoffatomen, die wir erstmals in ALPHA-2 demonstriert haben und die wir bei unserer Rückkehr im Jahr 2024 in ALPHA-g implementieren werden, einen erheblichen Einfluss auf die Präzision haben wird.“
Anthony ist ein freiberuflicher Autor, der für IGN über Wissenschafts- und Videospielnachrichten berichtet. Er verfügt über mehr als acht Jahre Erfahrung in der Berichterstattung über bahnbrechende Entwicklungen in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen und hat absolut keine Zeit für Ihre Spielereien. Folgen Sie ihm auf Twitter @BeardConGamer
Bildquelle: US National Science Foundation