Matter er underlagt gravitationel tiltrækning. Einsteins generelle relativitetsteori havde forudsagt, at antistof også skulle falde til Jorden på samme måde. Der var dog ingen direkte eksperimentelle beviser for at vise det. ALPHA eksperiment på CERN er det første direkte eksperiment, man har observeret effekten af tyngdekraften om antistofs bevægelse. Resultaterne udelukkede frastødende 'antityngdekraft' og fastslog det tyngdekraften påvirkninger noget og antistof på lignende måde. Det blev observeret, at atomer af antihydrogen (en positron kredser en antiproton) faldt til Jorden på samme måde som brintatomer.
Antistof er sammensat af antipartikler (positroner, antiprotoner og antineutroner er antipartikler af elektroner, protoner og neutroner). Matter og antistof tilintetgør hinanden fuldstændigt, når de kommer i kontakt og efterlader energi.
Matter og antistof blev skabt i lige store mængder i begyndelsen univers af Big Bang. Men vi finder ikke antistof nu i naturen (stof-antistof asymmetri). Materien dominerer. Som følge heraf er forståelsen af antistofs egenskaber og adfærd ufuldstændig. Med hensyn til tyngdekraftens indvirkning på antistofs bevægelse havde den generelle relativitetsteori forudsagt, at antistof også skulle påvirkes på lignende måde, men der var ingen direkte eksperimentel observation, der bekræftede det. Nogle havde endda hævdet, at i modsætning til stof (som er underlagt tyngdekraften), antistof kan være udsat for frastødende 'antityngdekraft', som er blevet udelukket af de nyligt offentliggjorte resultater af CERNs ALPHA-eksperiment.
Det første skridt var at lave anti-atomer i laboratoriet og kontrollere dem for at undgå, at de stødte på stof og udslettede. Det lyder måske nemt, men det tog over tre årtier at gøre det. Forskerne nulstillede antihydrogenatomer som et ideelt system til at studere antistofs gravitationsadfærd, fordi antihydrogenatomer er elektrisk neutrale og stabile partikler af antistof. Forskerholdet tog negativt ladede antiprotoner produceret i laboratoriet og bandt dem med positivt ladede positroner fra en natrium-22-kilde for at skabe antihydrogenatomer, som efterfølgende blev indespærret i en magnetisk fælde for at forhindre udslettelse med stofatomer. Den magnetiske fælde blev slukket for at tillade antibrintatomer at undslippe på en kontrolleret måde i et vertikalt apparat ALPHA-g, og de lodrette positioner, hvor antihydrogenatomerne udslettes med stof, blev målt. Forskerne fangede grupper på omkring 100 antibrintatomer. De frigav langsomt antiatomer af en gruppe over en periode på 20 sekunder ved at reducere strømmen i top- og bundmagneterne. De fandt, at andelen af anti-atomer, der eksisterede gennem toppen og bunden, svarede til resultaterne for atomer fra simuleringer. Det viste sig også, at accelerationen af et antibrintatom var i overensstemmelse med velkendt acceleration pga tyngdekraften mellem stof og Jorden, hvilket antyder, at antistof er underlagt den samme tyngdekraft som stof og ikke for nogen frastødende 'antityngdekraft'.
Dette fund er en milepæl i studiet af antistofs gravitationsadfærd.
***
kilder:
- CERN 2023. Nyheder – ALPHA-eksperiment på CERN observerer tyngdekraftens indflydelse på antistof. Opslået 27. september 2023. Tilgængelig på https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Tilgået den 27. september 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Observation af tyngdekraftens virkning på antistofs bevægelse. Nature 621, 716-722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
***
