反物質が落ちる方向 17.11.2018

物理学の学校のコースから、真空中に置かれたハンマーと最も軽い羽が同時に表面に落ちることがわかっています。 これは、アポロ15号ミッションのアメリカの宇宙飛行士によって明確に実証されました。現在、ヨーロッパの核研究機関CERNの科学者は、この単純な実験にエキゾチックな要素を追加することを計画しています。真空チャンバーに反物質粒子を「投げて」観察します。それらに対する重力の影響。 そして、反物質がその反性質のために「落下」する可能性は十分にあります。

私たちの世界では、各素粒子は、反対の電荷を除いて、すべてのパラメーターでそれに対応するペアを持っています。 通常の粒子と反粒子が宇宙で衝突すると、互いに打ち消し合い、純粋なエネルギーになります。 当然のことながら、反物質のそのような性質は、それを入手、保管、研究することを困難にします。 2010 年、CERN の科学者は反物質を磁気的にトラップして研究することができましたが、反物質の蓄積時間はほんの一瞬でした。 しかし、その翌年、トラップ内の反物質の滞留時間が 16 分に延長されました。

既存の物理理論は、重力が通常の物質とまったく同じように反物質に作用することを予測しています。 しかし、この仮定は実際にテストする必要があります。実際の理論からのわずかな逸脱でも、既存の素粒子物理学の標準モデルに大きな変化をもたらす可能性があるからです。 これらの「検証」実験の一環として、数年前、CERN の科学者グループが反水素の光学スペクトルを研究し、このスペクトルが通常の水素のスペクトルと完全に同一であることを発見しました。

もう XNUMX つの基本的な問題は、反物質が重力に対してどのように反応するかです。 理論によれば、反物質の粒子は通常の物質の粒子とまったく同じように重力場に落ちるはずです。 しかし、反物質粒子が反対方向に落ちる可能性は XNUMX 万分の XNUMX です。 そして、それを保持している電磁トラップの「抱擁」から反物質を解放することによってのみ、発見することが可能になります。

反物質と重力の問題は、反物質粒子が生成された直後に、それらを保持する磁気トラップがオフになる XNUMX つの実験で研究されます。 高感度センサーは、エネルギーのバーストとその正確な位置を記録します。 得られたデータに基づいて、科学者は反物質粒子の動きの軌跡を計算し、それらに対する重力の影響の大きさを測定します。

XNUMX つの実験の主な違いは、反物質を取得する方法と、自由落下への準備です。 最初の実験である ALPHA-g は、ALPHA 実験の既存のハードウェアに基づいて構築されており、科学者は反物質を作成してトラップすることができます。 反陽子は、反陽子減速器 (AD) を使用して生成され、陽電子と結合して中性の反水素原子を生成します。 他の力の影響を回避し、重力の影響を正確に測定することを可能にするのは、反水素原子の中立性です。

10 番目の実験である GBAR は、ELENA モデレーターから反陽子を受け取り、それらを小さな線形加速器からの陽電子と結合させます。 反陽子 (反水素イオン) は XNUMX マイクロケルビンまで冷却され、レーザー光の助けを借りて中性原子に変わります。 結果として生じる反原子は、準備されたトラップに落ち、そこでさらに研究されます。

残念ながら、これらの実験は完了するまでに非常に長い時間がかかります。 そして、数週間以内にCERN加速器がXNUMX年間再び閉鎖され、その間に根本的にアップグレードされ、現在の大型ハドロンコライダーが次世代施設に変わるという事実によって状況が悪化しています。高輝度大型ハドロン衝突型加速器（高輝度大型ハドロン衝突型加速器、HL-LHC）。 しかし、GBAR と ALPHA-g 実験の科学者は、残りの時間は研究の実験的部分を実施するのに十分であると予想しており、この場合に収集されたデータを少し後で処理することが可能になるでしょう。