En ny detektor skal måle om tyngdekraften fra antimaterie skiller seg fra vanlig materie. Gjør den det, må kanskje relativitetsteorien forandres, sier kvantefysiker.
Antimaterie er identisk med vanlig materie bortsett fra at antimaterien har omvendt ladede atomer. Når de to møtes oppheves de i et energiblaff. (Illustrasjon: AEgiS)
AEgIS
AegIS (Antimatter experiment: Gravity, interferometry, spectroscopy) er et fysikkeksperiment ved CERN som skal finne ut hvordan gravitasjon påvirker antimaterie.
I eksperimentet brukes antiprotoner som er produsert av protoner i anti-protonakselleratoren i CERN. Eksperimentet er et samarbeid mellom fysikere fra hele verden.
CERN er det eneste laboratoriet i verden som opererer en lavenergi antiprotonfasilitet.
I 1995 ble de første antihydrogenatomene laget ved laboratoriet i CERN. I 2002 viste ATHENA og ATRAP-eksperimentene at det var mulig å produsere antihydrogen i store kvantum.
(Kilde: CERN)
I to dager er rundt 20 anerkjente antimaterieforskere fra AEgIS-prosjektet ved CERN samlet på en workshop ved Universitetet i Bergen (UiB). De møtes for å utvikle et prosjekt som skal måle gravitasjonen til antimaterie.
På denne måten kan forskerne kanskje finne svaret på en av fysikkens store gåter: Hvorfor er det ikke like mye antimaterie som materie i universet?
I følge klassisk fysikkteori skulle det ha blitt produsert like mye antimaterie som materie etter Big Bang. Likevel forsvant antimaterien på mystisk vis i løpet av universets første sekunder. For å finne ut hva som kan ha skjedd utfører forskere ved CERN forskjellige eksperimenter og sammenligner den med vanlig materie.
Blant annet skal forskere fra UiB utvikle en detektor for å måle gravitasjonen til antimaterien.
– Målet med prosjektet er å finne ut om antimaterie oppfører seg annerledes enn vanlig materie. Hvis den oppfører seg bare litt annerledes, må man kanskje forandre relativitetsteorien eller kvantefysikken, sier doktor Michael Doser som leder AEgIS-prosjektet ved CERN.
– Vi tror egentlig at antimaterie faller på samme måte som vanlig materie. Men det kan vi ikke si noe om før vi har bevist det gjennom eksperimenter. Det kan jo være at naturen har funnet på noen overraskelser, sier forsker Heidi Sandaker ved UiB.
Skyter antiatomer
For å sjekke om antimaterie oppfører seg annerledes enn vanlig materie, skal forskerne skyte puljevise ladninger med antihydrogenatomer og vanlige hydrogenatomer gjennom et én meter langt vakuumrør.
Med en nyutviklet teknologi skal forskerne først lage antimaterie av antiproton og positron, før antiatomene skytes puljevis mot detektoren.
Inne i røret er det flere filtre som observerer atomstrålenes bevegelser og hastighet. I enden av røret kolliderer atomene med en detektor som register treffene. Etter en flytur på cirka én meter har antihydrogenet blitt påvirket av gravitasjonsfeltet på samme måte som en kule som skytes og faller mot jorden.
Treffene og spredningen av anti-atomene lager et mønster i detektoren. Fra dette dette mønsteret kan vi studere gravitasjonskraftens effekt på antimaterie.
Høyteknologisk plate
Forsker Heidi Sandaker og doktor Michael Doser deltar i AEgIS-prosjektet i CERN. Denne uken inviterte Sandaker en gruppe ledende antimaterieforskere til workshop ved Institutt for fysikk og teknologi. (Foto: Kim E. Andreassen)
Forskere fra Institutt for fysikk og teknologi ønsker å lage den 20x20 centimeter detektorplaten som til slutt stanser strålene og registrerer mønsteret til atomene etter at de er skutt ut.
– Detektoren er den første i sitt slag, og er enormt utfordrende å lage. Den må fungere i minus 270 Cº og kunne operere i absolutt vakuum, sier Doser.
Lave temperaturer brukes til å frosse gjenværende luft til veggene av vakuumrøret, slik at antiatomene ikke kan kollidere med gass i røret. Selv små mengder med oksygen vil få antiatomet til å fordufte.
Detektorens overflate er også en utfordring å lage. De fleste detektorer har en hinne som antimaterien kolliderer med og tilintetgjøres. Utfordringen er å lage en så tynn hinne at produktene som oppstår når antiatomene går til grunne, ikke forsvinner før det kommer til materialet som måler dem.
– Den nye detektoren skal ha en så tynn hinne som mulig, eller ingen hinne i det hele tatt, sier Sandaker.
Annonse
Materialforskning
I tillegg til mye forskningsresultater om antimaterie vil AEgIS-eksperimentet også bidra til ny viten innen materialforskning.
– Særlig er studier av nanoporer aktuell forskning. Detektorteknologien som utvikles ved AEgIS eksperimentet er også veldig nær den som brukes ved PET-skannere og kan komme til nytte i medisinsk forskning, sier Michael Doser.
