反物質は「上に落ちる」のか？

私たちの記事のリンクを通じて購入すると、Future とそのシンジケーション パートナーは手数料を受け取る場合があります。

1971年、宇宙飛行士デイビッド・スコットは月面に立った。 ハンマーと羽根を持っている、そして真空中で 月、彼は彼らを手放しました。彼らは全く同時に灰色の粉塵を叩きつけた。それは、何世紀も前に、重い物体は軽い物体よりも地面に「ありたい」というアリストテレスの考えを反証したガリレオへの詩的なうなずきでした。

これはカメラ向けの単なるお座敷トリックではありませんでした。それは、G の基盤である弱い等価原理の実証でした。一般的に r相対性。それは、すべての物体は、その質量や内部組成に関係なく、重力場内ではまったく同じ速度で落下すると述べています。いつ アインシュタイン 彼は傑作理論を構築していましたが、なぜこれが起こるのか説明しようとしませんでした。彼はそれが基本的なルールだと単純に思い込み、先に進みました。

しかし、ルールに従うことを拒否する天体物理学的生き物がいたらどうなるでしょうか?アインシュタインのレーダーにも載っていないような、非常にエキゾチックなものを投下したらどうなるでしょうか?について話し合う必要があります 反物質。

落下する反物質の魅力を理解するには、その発見の歴史を振り返る必要があります。 1920 年代、物理学者のポール ディラックは、量子力学 (非常に小さいものの法則) と 2 つのまったく異なる世界を強制しようとしていました。 特別 r相対性 (超高速のルール) — 一緒に遊ぶこと。

ディラックは機能する方程式を見つけましたが、それには癖がありました。 4 の平方根が 2 と -2 の両方になり得るのと同じように、彼の方程式は粒子のエネルギーに対して 2 つの解を提供しました。1 つは正で、もう 1 つは負です。これは問題でした。プラスのエネルギーにはゼロの「地上階」がありますが、マイナスのエネルギーは底のない地下室です。

ディラックの解決策は、「ディラックの海」として知られるようになるものでした。彼は宇宙空間を空の真空としてではなく、負のエネルギー状態で満たされた「海」として想像しました。これらの目に見えない粒子の 1 つをポジティブな領域に蹴り込むと、穴が残ります。その穴は通常の粒子のように動作しますが、逆の電荷を持ちます。粒子が実験室で観察される前に純粋な数学によって予測されたのはこれが初めてでした。私たちはそれを反物質と呼びます。

なぜ反物質に注目してテストするのか 重力?なぜなら、反物質は物理学における最大の溝への架け橋だからです。一般相対性理論 (重力) と量子力学 (その他すべて) が両立しないことは有名です。彼らは異なる言語を話し、異なる地域に住んでいます。反物質は量子の世界の純粋な産物であるため、アインシュタインの重力理論をテストするのに最適な候補です。

ただし、これは次の 3 つの理由から悪夢です。

1. 物質と反物質が接触すると、純粋なエネルギーの閃光で消滅します。

2. 自然は私たちに反物質を与えるだけではありません。先進的な研究所でそれを構築する必要があります。

これらのハードルを克服するために、CERN の ALPHA-g 実験の科学者たちは創造性を発揮する必要がありました。まず、反陽子と陽電子（反電子）を組み合わせて中性反水素を作りました。これらの反原子は中性であるため、電気によって押し広げられることはありません。

研究チームは、これらの反原子約100個をペニングトラップで捕獲した。ペニングトラップは、反原子を所定の位置に保持する磁気ボトルである。なぜなら、反原子は中立でありながらも小さな棒磁石のように働くからである。次に、研究者らはレーザーを使用して、 原子 揺れを止めるために絶対零度近くまで下げます。

そして、決定的な瞬間が訪れました。彼らはゆっくりと磁場を弱めました。

反物質が弱い等価原理を無視した場合、原子は地球に反発されて上向きに漂った可能性があります。アインシュタインが正しければ、彼らは下に転げ落ちていくはずだ。研究者らは、反原子がトラップを逃れてコンテナの壁に衝突するときの消滅の瞬間を待った。漂遊ノイズを除去した後 宇宙線、 結果 透明でした。反原子の約 80% がトラップの底から落ちました。

反物質が落ちてくる。それは アンチ-クライマックス (笑) 可能な限り最高の結果が得られます。それは、弱い等価原理がしっかりと保持され、万有引力反応に関するアインシュタインのビジョンが傷つかないままであることを意味します。

ただし、事件は完全に解決したわけではありません。反物質が落下することはわかっていますが、 下、まったく同じになるかどうかはまだわかりません 加速度 通常の事柄と同じように。落下速度に 1% の違いさえあれば、それは物理学における完全な革命の合図となるでしょう。これは、重力が鏡物質を異なる方法で扱うという合図です。しかし今のところ、宇宙はハンマー、羽、反水素がすべて同じ速度で床に向かって競争する場所のままです。