Unul dintre cele mai surprinzătoare fapte din știință este cât de universale sunt legile naturii. Fiecare particulă respectă aceleași reguli, experimentează aceleași forțe, există în aceleași constante fundamentale, indiferent de unde și când este. Din punct de vedere al gravitației, fiecare particulă individuală a Universului experimentează aceeași accelerație gravitațională sau aceeași curbură a spațiului-timp, indiferent de proprietățile pe care le are.
În orice caz, rezultă din teorie. În practică, unele lucruri pot fi foarte dificil de măsurat. Fotonii și particulele stabile obișnuite cad în mod egal, așa cum era de așteptat, într-un câmp gravitațional, iar Pământul face ca orice particulă masivă să se accelereze spre centrul său cu o viteză de 9,8 m / s2. Dar oricât am încerca, nu am fost niciodată capabili să măsurăm accelerația gravitațională a antimateriei. Ar trebui să accelereze în același mod, dar până nu o măsurăm, nu putem fi siguri. Unul dintre experimente are ca scop găsirea răspunsului la această întrebare, o dată pentru totdeauna. În funcție de ceea ce găsește, putem fi cu un pas mai aproape de revoluția științifică și tehnologică.
Există anti-gravitație?
Este posibil să nu fiți conștient de acest lucru, dar există două moduri complet diferite de a reprezenta masa. Pe de o parte, există o masă care se accelerează atunci când îi aplici forța: aceasta este în faimoasa ecuație a lui Newton, unde F = ma. Este la fel cu ecuația lui Einstein E = mc2, din care puteți calcula câtă energie aveți nevoie pentru a crea o particulă (sau antiparticule) și câtă energie obțineți când se anihilează.
Există însă o altă masă: gravitațională. Masa, m, apare în ecuația de greutate pe suprafața Pământului (W = mg) sau în legea gravitațională a lui Newton, F = GmM / r2. În cazul materiei obișnuite, știm că aceste două mase - mase inerțiale și gravitaționale - ar trebui să fie egale cu cea mai apropiată 1 parte din 100 de miliarde, datorită constrângerilor experimentale stabilite în urmă cu mai bine de 100 de ani de Laurent Eotvos.
Dar în cazul antimateriei, nu am putea măsura niciodată toate acestea. Am aplicat forțe non-gravitaționale la antimaterie și am văzut că accelerează; am creat și am distrus antimateria; știm exact cum se comportă masa sa inerțială - la fel ca masa inerțială a materiei obișnuite. F = ma și E = mc2 funcționează în cazul antimateriei în același mod ca și cu materia obișnuită.
Dar dacă dorim să cunoaștem comportamentul gravitațional al antimateriei, nu putem lua teoria ca bază; trebuie să-l măsurăm. Din fericire, un experiment este în curs de desfășurare pentru a afla exact acest lucru: experimentul ALPHA de la CERN.
Video promotional:
Una dintre marile descoperiri care s-a întâmplat recent a fost crearea nu numai a particulelor din antimaterie, dar și a unor stări neutre și stabile în ele. Antiprotonii și pozitronii (antielectronii) pot fi creați, încetiniti și forțați să interacționeze între ei pentru a forma antihidrogen neutru. Folosind o combinație de câmpuri electrice și magnetice, putem limita aceste antiatome și să le păstrăm stabile departe de materie, ceea ce ar duce la anihilarea în caz de coliziune.
Am reușit să le menținem stabile cu succes timp de 20 de minute simultan, mult dincolo de calendarul microsecundelor pe care particulele fundamentale instabile le experimentează de obicei. Am tras fotoni asupra lor și am descoperit că au aceleași spectre de emisie și absorbție ca și atomii. Am stabilit că proprietățile antimateriei sunt aceleași cu cele prevăzute de fizica standard.
Cu excepția celor gravitaționale, desigur. Noul detector ALPHA-g, construit la fabrica canadiană TRIUMF și livrat la CERN la începutul acestui an, ar trebui să îmbunătățească limitele accelerației gravitaționale a antimateriei până la un prag critic. Antimateria accelerează în prezența unui câmp gravitațional pe suprafața Pământului până la 9,8 m / s2 (în jos), -9,8 m / s2 (în sus), 0 m / s2 (în absența accelerației gravitaționale) sau la o altă valoare ?
Din punct de vedere teoretic și practic, orice rezultat, altul decât cel așteptat +9,8 m / s2, va fi absolut revoluționar.
Un analog de antimaterie pentru fiecare particulă de materie ar trebui să aibă:
- aceeași masă
- aceeași accelerație într-un câmp gravitațional
- opusa sarcinii electrice
- opus rotirii
- aceleași proprietăți magnetice
- ar trebui să se lege în același mod în atomi, molecule și structuri mai mari
- ar trebui să aibă același spectru de tranziții cu pozitron într-o varietate de configurații.
Unele dintre aceste proprietăți au fost măsurate de-a lungul timpului: masa inerțială a antimateriei, sarcinii electrice, spinului și proprietăților magnetice sunt bine cunoscute și studiate. Proprietățile de legare și tranzitorie au fost măsurate de alți detectori în experimentul ALPHA și sunt în conformitate cu prevederile fizicii particulelor.
Dar, dacă accelerația gravitațională se dovedește a fi mai degrabă negativă decât pozitivă, aceasta va întoarce literalmente lumea cu susul în jos.
În prezent, nu există un conductor de gravitație. Pe un conductor electric, încărcările libere trăiesc la suprafață și se pot deplasa, redistribuindu-se ca răspuns la orice sarcini din apropiere. Dacă aveți o sarcină electrică în afara conductorului electric, interiorul conductorului va fi ferit de sursa de energie electrică.
Dar nu există nici o modalitate de a vă proteja de forța gravitației. Nu există nicio modalitate de a regla un câmp gravitațional uniform într-o zonă specifică a spațiului, cum ar fi între plăcile paralele ale unui condensator electric. Cauză? Spre deosebire de forța electrică, care este generată de sarcini pozitive și negative, există un singur tip de „încărcare” gravitațională - masa / energie. Forța gravitațională atrage întotdeauna și nu există nici o modalitate de a o schimba.
Dar dacă aveți masă gravitațională negativă, totul se schimbă. Dacă antimateria manifestă de fapt proprietăți anti-gravitaționale, cade în sus și nu în jos, atunci în lumina gravitației constă în masă sau anti-energie. Conform legilor fizicii așa cum o cunoaștem, nu există o masă anti-masă sau anti-energie. Ne putem imagina și imagina cum s-ar comporta, dar ne așteptăm ca antimateria să aibă masă normală și energie normală când vine vorba de gravitație.
Dacă există o masă anti-masă, numeroasele progrese tehnologice la care au visat scriitorii de ficțiune timp de mulți ani vor deveni brusc fezabile.
- Putem crea un conductor gravitațional protejându-ne de forțele gravitaționale.
- Putem crea un condensator gravitațional în spațiu și putem crea un câmp gravitațional artificial.
- Am putea chiar să creăm o acțiune de urzeală, deoarece am avea capacitatea de a deforma spațiul în același mod în care necesită soluția matematică a relativității generale propusă de Miguel Alcubierre în 1994.
Aceasta este o oportunitate incredibilă care este considerată aproape imposibilă de către toți fizicienii teoretici. Dar, oricât de sălbatice sau de neconceput ar fi teoriile dvs., trebuie să le susțineți sau să le respingeți exclusiv cu date experimentale. Doar măsurând și testând universul puteți ști exact cum funcționează legile sale.
Până când măsurăm accelerația gravitațională a antimateriei cu precizia necesară pentru a determina dacă aceasta este în cădere sau în jos, trebuie să fim deschiși la posibilitatea ca natura să nu se comporte așa cum ne așteptăm. Principiul echivalenței poate să nu funcționeze în cazul antimateriei; poate fi anti-principiu 100%. Și în acest caz, se va deschide o lume cu posibilități complet noi. Vom afla răspunsul peste câțiva ani, efectuând un experiment simplu: puneți un antiatom într-un câmp gravitațional și vedeți cum va cădea.
Ilya Khel
