CERN'deki ALPHA Deneyi, Yerçekiminin Antimadde Üzerindeki Etkisini Gözlemliyor

Isaac Newton'un yerçekimi hakkındaki tarihi çalışması, görünüşe göre bir elmanın ağaçtan yere düşüşünü izlemekten ilham almıştı. Peki ya antimaddeden yapılmış bir “anti-elma” olsaydı , o da aynı şekilde düşer miydi? Albert Einstein'ın çokça test edilen genel görelilik teorisine göre, modern yerçekimi, antimadde ve madde teorisinin de Dünya'ya aynı şekilde düşmesi gerekiyor. Peki serbest düşüşlerini etkileyen yerçekiminin ötesinde başka uzun menzilli kuvvetler var mı?

Nature'da yayınlanan bir makalede, CERN'in Antimadde Fabrikasındaki ALPHA işbirliği, deneylerinin hassasiyeti dahilinde, antihidrojen atomlarının (bir antiprotonun yörüngesinde dönen bir pozitron) madde eşdeğerleriyle aynı şekilde Dünya'ya düştüğünü gösteriyor.

ALPHA sözcüsü Jeffrey Hangst, "Fizikte, bir şeyi gözlemleyene kadar gerçekten bilemezsiniz" diyor. "Bu, antimaddenin hareketi üzerindeki yerçekimi etkisini gerçekten gözlemleyen ilk doğrudan deneydir. Bu, Evren'de görünürde yokluğu nedeniyle bizi hala şaşırtan antimadde araştırmalarında bir dönüm noktasıdır."

Yerçekimi, kütlesi olan herhangi iki nesne arasındaki çekim kuvvetidir. Doğanın dört temel kuvveti arasında açık ara en zayıf olanıdır. Antihidrojen atomları elektriksel olarak nötr ve kararlı antimadde parçacıklarıdır. Bu özellikler onları antimaddenin yerçekimsel davranışını incelemek için ideal sistemler haline getirir.

ALPHA işbirliği, Antimadde Fabrikası'nın AD ve ELENA makinelerinde üretilen ve yavaşlatılan negatif yüklü antiprotonları alıp bunları bir sodyum-22 kaynağından biriken pozitif yüklü pozitronlarla bağlayarak antihidrojen atomları yaratıyor. Daha sonra nötr fakat hafif manyetik antimadde atomlarını manyetik bir tuzak içinde hapseder, bu onların maddeyle temasa geçmesini ve yok olmasını engeller.

Ekip şu ana kadar ALPHA-2 cihazında spektroskopik çalışmalara odaklandı ; antihidrojen atomlarının iç yapılarını ölçmek için lazer ışığı veya mikrodalgalar uygulandı. Ancak ALPHA ekibi aynı zamanda ALPHA-g adı verilen dikey bir aparat da inşa etti ve bu aparat ilk antiprotonlarını 2018'de aldı ve 2021'de hizmete girdi. 'G', madde için saniyede yaklaşık 9,81 metre olan yerçekiminin yerel ivmesini ifade ediyor. karesi. Bu aparat, tuzağın manyetik alanı kapatıldığında antihidrojen atomlarının maddeyle yok olduğu dikey konumları ölçmeyi mümkün kılarak atomların kaçmasına olanak tanıyor.

ALPHA araştırmacılarının 2013'teki orijinal ALPHA kurulumunda prensip kanıtlama deneyinin ardından yeni araştırmalarında yaptıkları da tam olarak budur . Her seferinde bir grup olmak üzere yaklaşık 100 antihidrojen atomundan oluşan grupları yakaladılar ve ardından tuzağın üst ve alt mıknatıslarındaki akımı kademeli olarak azaltarak 20 saniyelik bir süre boyunca atomları yavaşça serbest bıraktılar. ALPHA-g kurulumunun bilgisayar simülasyonları, bu işlemin atomların yaklaşık %20'sinin tuzağın üst kısmından ve %80'inin alt kısmından çıkmasıyla sonuçlanacağını gösteriyor; bu fark, aşağıya doğru yerçekimi kuvvetinden kaynaklanmaktadır. . ALPHA ekibi, yedi salınım denemesinin sonuçlarının ortalamasını alarak, üstten ve alttan çıkan anti-atom oranlarının simülasyon sonuçlarıyla uyumlu olduğunu buldu.

Çalışmanın tamamı, yerçekimi kuvvetini artırabilecek veya ona karşı koyabilecek ek bir "önyargılı" manyetik alanın farklı değerleri için deneyin birkaç kez tekrarlanmasını içeriyordu. Ekip, bu "önyargı taramasından" elde edilen verileri analiz ederek, mevcut eneyin kesinliği dahilinde (g'nin yaklaşık %20'si), bir antihidrojen atomunun ivmesinin, madde ile toprak arasındaki tanıdık, çekici çekim kuvveti ile tutarlı olduğunu buldu.

“Bu anti-atomu nasıl yapacağımızı öğrenmek, ona tutunmak ve onu yerçekimi kuvvetine duyarlı olacak şekilde düşürebilecek kadar iyi kontrol etmek 30 yılımızı aldı.” Hangst diyor. Hangst şöyle devam ediyor: "Bir sonraki adım, ivmeyi mümkün olduğunca hassas bir şekilde ölçmektir." "Madde ve antimaddenin gerçekten aynı şekilde düşüp düşmediğini test etmek istiyoruz. İlk kez ALPHA-2'de gösterdiğimiz ve 2024'te geri döndüğümüzde ALPHA-g'de uygulayacağımız antihidrojen atomlarının lazerle soğutulmasının , hassasiyet üzerinde önemli bir etkiye sahip olması bekleniyor."

CERN'in Antimadde Fabrikası, antimaddeyi üretmek ve incelemek için dünyada benzersiz bir tesistir . Bu tesisteki diğer iki deney olan AEgIS ve GBAR, ALPHA ile atomik antimaddenin yerçekimsel ivmesini yüksek hassasiyetle ölçme hedefini paylaşıyor. Ayrıca Antimadde Fabrikasında BASE deneyi de var. Ana odak noktası , protonun özelliklerini antimadde ikizinin özellikleriyle yüksek hassasiyetle karşılaştırmaktır ve yakın zamanda bu iki parçacığın yerçekimi davranışını karşılaştırmıştır . 

CERN Hakkında

Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü CERN, parçacık fiziği alanında dünyanın önde gelen laboratuvarlarından biridir. Örgüt, Fransa-İsviçre sınırında yer almakta olup genel merkezi Cenevre'dedir. Üye Devletleri şunlardır: Avusturya, Belçika, Bulgaristan, Çek Cumhuriyeti, Danimarka, Finlandiya, Fransa, Almanya, Yunanistan, Macaristan, İsrail, İtalya, Hollanda, Norveç, Polonya, Portekiz, Romanya, Sırbistan, Slovakya, İspanya, İsveç, İsviçre ve Birleşik Krallık. Kıbrıs, Estonya ve Slovenya, Üyeliğin ön aşamasındaki Ortak Üye Devletlerdir. Hırvatistan, Hindistan, Letonya, Litvanya, Pakistan, Türkiye ve Ukrayna Ortak Üye Devletlerdir. Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa Birliği ve UNESCO gibi şu anda Gözlemci statüsüne sahiptir. Rusya Federasyonu'nun ve JINR'nin Gözlemci statüsü, sırasıyla 8 Mart 2022 ve 25 Mart 2022 tarihli CERN Konsey Kararları uyarınca askıya alınmıştır.

Kaynak

CERN