Antiatomer veid for første gang

Nå kan forskere fra CERN måle om antimaterie påvirkes av tyngdekraften på samme måte som vanlig materie. Målemetoden er foreløpig ikke presis nok til å påvise om antimaterie faller oppover eller nedover.

Publisert
CERNs ALPHA-gruppe har klart å veie antiatomer. Neste skritt blir å bestemme hvordan disse partiklene påvirkes av tyngdekraften. (Foto: CERN)
CERNs ALPHA-gruppe har klart å veie antiatomer. Neste skritt blir å bestemme hvordan disse partiklene påvirkes av tyngdekraften. (Foto: CERN)

Fakta:

Et vanlig hydrogenatom består av et elektron bundet til et proton, mens antihydrogen er et positron – elektronets antipartikkel – bundet til et antiproton. På CERN skapes antiprotoner ved å tilføre protoner energi i en partikkelakselerator og deretter la dem kollidere med metall.

Positroner oppstår naturlig ved visse former for radioaktiv nedbryting.

I 2010 klarte forskerne for første gang å skape og fastholde antiatomer, og året etter ble det mulig å holde på antihydrogenet i mer enn et kvarter. Det er ikke noen lett oppgave, for så snart en antipartikkel kommer i kontakt med en vanlig partikkel, blir begge tilintetgjort.

Det er ikke lett å håndtere antimaterie. Antiatomer er uhyre vanskelige å produsere og oppbevare, og de forsvinner når de møter vanlig materie. Likevel har forskere fra CERN nå klart å måle hvordan tyngdekraften påvirker antiatomer.

– Vi har foretatt den aller første direkte målingen av tyngdekraften til antistoff, forteller Jeffrey Hangst, som er talsmann for CERN-prosjektet ALPHA og professor på Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus universitet i Danmark.

– Vi har utviklet en teknikk man kan bruke til å måle tyngdekraftens effekt på antiatomer. Nå kan vi vise at antimaterie ligner vanlig materie, til en viss grad.

Faller kanskje oppover

Antimaterie minner om vanlig materie, men har motsatt elektrisk ladning. Det er imidlertid funnet visse andre subtile forskjeller, men de er ikke store nok til å kunne forklare hvorfor vi er omgitt av et univers som rommer massevis av materie, men nesten ikke noe antimaterie.

En del av forklaringen kan være den måten antimaterie påvirkes av tyngdekraften.

De fleste forskere regner med at antimaterie tiltrekkes av annen materie på nøyaktig samme måte som vanlig materie. Men det er ikke sikkert det er slik. Det er mulig at antimaterie faller oppover fordi det frastøtes av jorden i stedet for å tiltrekkes.

Antiatomer fanges inn og slippes løs

Forskerne i ALPHA-gruppen er de første som har klart å holde fast antiatomer i en felle og foreta målinger på dem.

– Vi fanger antiatomene, og så slipper vi dem løs igjen. Når de treffer veggene i antiatomfellen vår, kan vi måle det med en detektor, sier Jeffrey Hangst.

– Vi håper vi etter hvert vil kunne se forskjell på tyngdekraft og antityngdekraft – og finne ut om antiatomer faller oppover.

De nye resultatene som nettopp er offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.

Trenger flere antiatomer

Inntil videre kan forskerne bare sette grenser for hvor forskjellig tyngdekraften påvirker atomer og antiatomer. Rent teknisk kan de bestemme forholdet mellom antihydrogens gravitasjonsmasse og treghetsmasse, og for vanlige atomer er dette forholdet 1. For antiatomene er forholdet nå målt til et sted mellom minus 65 og pluss 110.

Hvis forholdet er negativt, faller antiatomene oppover.

Problemet er at fysikerne bare har hatt data fra 434 antiatomer. De trenger mange flere for å avgjøre om antiatomene faller oppover eller nedover. Dessuten må de kjøles bedre ned, slik at de ikke er beveger seg så mye under eksperimentet.

Bedre instrument på vei

– Vi håper vi i fremtiden kan bruke en laser til å kjøle ned antiatomene. Vi arbeider med et nytt instrument, ALPHA-2, som forhåpentligvis blir klart i 2014, sier Hangst.

For tiden kan ikke forskerne utføre eksperimenter i det hele tatt, ettersom antiprotonene blir produsert ved hjelp av en partikkelakselerator. For tiden er akseleratorene på CERN stengt fordi de skal oppgraderes. Fysikerne håper de kan komme i gang igjen i midten av 2014.

Referanse:

Description and first application of a new technique to measure the gravitational mass of antihydrogen. Nature Communications, doi:10.1038/ncomms2787

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.