Умеет ли антиматерия падать?

Если частица встречает частицу, они аннигилируют, выделяя энергию, е равно эмцэквадрат, а страусы не летают. Но что мы знаем об антиматерии за пределами подобных банальностей? А точнее — чего не знаем?

«Мы и впрямь не очень хорошо понимаем антиматерию, — признаётся Хольгер Мюллер (Holger Müller), физик из Калифорнийского университета в Беркли (США). — Например, фундаментальные законы физики позволяют думать, что материи и антиматерии во Вселенной одинаковое количество, а наблюдения за окружающим миром подсказывают, что первой многократно больше, и никакого объяснения, которое бы всех устраивало, у этого нет».

И если бы только это! Вот, пожалуйста: предположим, вы подбросили грамм антиматерии (сначала, понятно, где-то его добыв). (Умоляем вас, не делайте этого вне вакуума, иначе тут же выделится энергия пары Хиросим.) И что дальше? Взлетит ли в гравитационном поле Земли антиматерия вверх — или всё же ринется вниз?

И тут вообще всё печально. Ведь и с гравитацией не всё до конца ясно. Вроде бы, когда мы смотрим на вращающиеся галактики, то гравитация почему-то кажется лучше держащей их части вместе, чем должна, исходя из того количества материи, которое мы в этих галактиках наблюдаем. Поэтому обычно «это приписывают гравитации от тёмной материи, но никто не знает, что это такое», уточняет г-н Мюллер.

Группа г-на Мюллера уже пыталась выяснить, подчиняется ли антиводород гравитации. Однако пока её экспериментальная установка (на схеме) выдаёт слишком низкую точность, чтобы прийти к определённым выводам. (Илл. Holger Muller et al.)

«Комбинация антиматерии и гравитации доселе никогда экспериментально не исследовалась, — сообщает учёный. — Были лишь непрямые свидетельства, но такой, казалось бы, элементарный эксперимент, как отпускание комочка антиматерии с последующим наблюдением за его поведением, никогда не проводился».

Как вы догадались, исследователь захотел быть первым. «Мы не понимаем на сто процентов антиматерию, но то же самое относится и к тому, как именно всё обстоит с гравитацией, поэтому их изучение в одной связке кажется хорошей идеей для поиска настоящего физического открытия», — полагает учёный.

Каков будет инструментарий? Исследователи надеются на атомный интерферометр, измеряющий поведение частиц типа атома, электрона или протона и их античастиц. Лучшим объектом при этом будут холодные частицы, по температуре близкие к абсолютному нулю.

В таких условиях частицы во многом будут вести себя как волны, волнообразно распространяясь вверх и вниз в экспериментальной камере. Анализируя взаимодействие таких «волн материи», можно будет понять, как именно гравитация действует даже на отдельную античастицу, преодолев тем самым главную проблему опытов с антивеществом: его нехватку, особенно в значимых количествах.

Г-н Мюллер и его коллеги работают над созданием такого экспериментального устройства по программе ALPHA, проводимой Европейской организацией по ядерным исследованиям в Швейцарии. Чтобы вполне понять их затруднения, напомним, что эта организация способна сегодня лишь на создание 300 атомов антиводорода в месяц. Да, любители «чёрных дыр, порождаемых Апокалиптическим Адронным Коллайдером», скажут, что это и хорошо: по крайней мере если что, то взрыв будет слабым, но по совести — для исследований этого очень мало.

Хольгер Мюллер и Ко уже опубликовали расчёты, касающиеся того, как определить характер поведения антиводорода в экспериментальной камере. Учёные полагают, что первые же эксперименты дадут им точность данных около 1%, а в последующем можно будет повысить её в 10 000 раз и тем самым довести до уровня, который позволит точно сказать — падает ли антиводород в гравитационном поле или взлетает. И, что характерно, каким бы ни был результат — поверьте, шквал выводов различных научных групп в этом случае гарантирован.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам LiveScience.