Antimaterie kan avsløre en ny form for tyngdekraft

Hvordan reagerer antimaterie på tyngdekraften? Det skal undersøkes med et nytt eksperiment på Cern – som et skritt på veien til en Teori om alt.
16.8 2010 05:00


Antimaterie er speilbildet av vanlig materie og kan avsløre en hittil ukjent form for antityngdekraft (Illustrasjon: forskning.no)

Tyngdekraftens tiltrekkende virkning på all materie lærer vi å kjenne fra barnsben.

Det er takket være den vi kan holde begge føttene på jorden, slik at vi unngår å flakse rundt i verdensrommet.

Man har lenge fundert på om tyngdekraften ville virke på samme måte i en antimaterieverden, hvor alle partikler er byttet ut med sine speilbilder – de såkalte antipartiklene, som har samme masse som vanlige partikler, men motsatt ladning.

Den gåten vil man nå forsøke å løse i et helt nytt eksperiment, Aegis, på verdens største forskningssenter for partikkelfysikk, Cern i Sveits.

En internasjonal forskergruppe står bak prosjektet og holder nå på med forberedelsene. Blant dem er en dansk fysiker.

– De fleste regner med at tyngdekraften virker på samme måte på antimaterie og materie, men vi vil gjerne undersøke om det virkelig er slik. Teoretisk er det ikke noe i veien for at antimaterie kunne oppføre seg annerledes, sier seniorforsker Lars Varming Jørgensen fra Cern.

Jakter på en Teori om alt

Kampen med å forstå tyngdekraften bunner i ønsket om å formulere en Teori om alt, som skal samle de fire kjente naturkreftene: elektromagnetisme, gravitasjon, den sterke kjernekraften og den svake kjernekraften.

Målet med slik en teori er å beskrive naturkrefter som utveksling av såkalte kvanter, det vil si små energipakker mellom de minste bestanddelene i materie og antimaterie. Den eneste naturkraften man fortsatt ikke kan kvantisere, er tyngdekraften.

– Vi forstår ikke hvordan tyngdekraften virker, og hvordan vi kan kvantisere den, og for å kunne lage en samlet Teori om alt, må vi å finne en måte å involvere tyngdekraften på. Alle andre krefter har vi kvantisert, sier Jørgensen.

Tyngdekraften bøyer romtiden

Tyngdekraften er paradoksalt nok den naturkraften forskerne vet minst om, til tross for at det er den som har skapt planetene, stjernene og galaksene.

Forskerne har problemer med å undersøke hvordan tyngdekraften virker i detalj fordi den er så svak.

Én av de tingene som gjør tyngdekraften vanskelig å forstå, er at den bøyer selve den romtiden som den opererer i.

Det trikset kan ingen av de andre tre naturkreftene, og det er årsaken til at det er umåtelig vanskelig å få tyngdekraften inn på samme kvantiserte form som de andre kreftene har.

Teoriene er tvetydige

Betingelsen for å kunne kvantisere tyngdekraften er at man lærer den å kjenne og får beskrevet innvirkningen på så mange forskjellige former for masse som mulig.

Antimaterie er en av dem og er fokus for det kommende eksperimentet.

Antimaterie har det vanskelig i vår verden, for i det øyeblikket det møter vanlig materie, utslettes den. Det gjør eksperimentelle studier av antimaterie ekstremt vanskelig å gjennomføre.

Selv om man gjennom de siste årene har klart å produsere betydelige mengder antimaterie under ekstreme forhold i et laboratorium, så er antipartiklene forsvunnet så raskt at man ikke har hatt noen virkelig sjanse for å utforske dem.

Det problemet løser det kommende eksperiment. Det både framstiller og utforsker antihydrogenatomer på en grunnleggende ny måte.

– Overordnet sett går eksperimentet ut på å skyte antimateriepartiklene vannrett ut. Når antipartiklene har tilbakelagt en viss avstand, kan man ved bruk av avansert teknologi se om tyngdekraften har bøyd av partiklenes bane, forteller Jørgensen.


Et antihydrogenatom har samme masse som et vanlig hydrogenatom, men bestanddelene, antiprotoner og positroner, har motsatt ladning (Illustrasjon: Cern)

Faller antihydrogen ned eller opp?

Eksperimentet får stor betydning for den videre utviklingen av de fysiske teoriene, for det hersker stor uenighet om hva resultatet blir.

Skal man tro Einsteins generelle relativitetsteori, så faller alle former for masse likt, og derfor forventer de fleste forskerne ikke noen virkelig forskjell i den måten som tyngdekraften virker på materie og antimaterie.

På den andre siden er det teoretisk sett ikke noe i veien for at tyngdekraften rommer to hittil ukjente deler, som først blir synlig når det er antimaterie i nærheten.

De to delene kunne kanskje være like store og motsattrettete for vanlig materie, slik at effektene opphever hverandre. Når det kommer til antipartikler, vil det derimot være en mulighet for at de to virket i samme retning vekk fra jorden, slik at de til sammen vil utgjøre en slags antityngdekraft.

Alternativt kunne de også gjøre tyngdekraften sterkere, det vil si få massen til å falle raskere enn den gjør med den kjente tyngdekraften.

– Viser det seg at tyngdekraften virker forskjellig på materie og antimaterie, vil det i prinsippet bety at Einsteins såkalt svake ekvivalensprinsipp ikke holder. Den sier at alle masser faller likt. Det ville medføre en fundamental endring av verdensbildet vårt, avslutter Jørgensen.

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no

Referanse og lenker

Om gravitasjon Wikipedia

Hovednettsiden på Cern

Milano-gruppens nettside

Lenke til AEGIS’ årlige statusrapport til Cern fra januar

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Annonse

Emneord