В прошлом году группа из CERN, Европейского центра физики элементарных частиц, расположенного на границе Франции и Швейцарии, объявила о планах поиска проявлений антигравитации у частиц антиматерии.
Падая вверх
Антивещество можно представлять себе как противоположность обычному веществу — все его важнейшие характеристики, такие как электрический заряд, имеют противоположные значения. Точнее, все свойства за исключением одного: и вещество, и антивещество имеют положительную массу, поэтому большинство физиков ожидает, что они будут вести себя одинаково, если поместить их в гравитационное поле. Но, по словам ученых CERN, это всё же может оказаться не так. Они считают, что по скорости падения антивещество может отличаться от обычного, вплоть до того, что станет «падать вверх».
«Существует ли явление антигравитации? Опираясь на эксперименты со свободным падением, мы пока не можем сказать да или нет, — рассказывает член научной группы профессор Джоэл Фаянс (Joel Fajans) из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (LBNL, Калифорния, США). — Мы, конечно, ожидаем, что антивещество будет падать вниз, но всё же нельзя исключать сюрпризов».
Для готовящейся проверки в CERN будет использоваться антиводородная лазерно-физическая установка ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus). В эксперименте антипротоны соединяются с антиэлектронами, образуя атомы антиводорода, кратковременно удерживаемые в магнитном поле. Когда поле убирают, атомы начинают падение под действием гравитации, пока не сталкиваются со стенками установки.
Когда это случается, возникают вспышки света. Следя за тем, где и когда происходят эти вспышки в эксперименте ALPHA, ученые могут понять, как падают атомы антиводорода в земном гравитационном поле. Но выполнить эти измерения непросто. Есть значительная неопределенность из-за того, что неизвестны начальные положения и скорости антиводородных атомов в момент выключения магнитного поля. На сегодня статистическая погрешность в сотню раз превосходит ожидаемый результат измерений. «Нам нужно сильно повысить точность, — поясняет профессор Джонатан Вюртель (Jonathan Wurtele, также из LBNL), — в ближайшие несколько лет».
Для этого церновское оборудование нуждается в модернизации, которая завершится в 2014 году, когда установка ALPHA-2 будет оснащена лазерной системой охлаждения, уменьшающей энергию антиатомов (чтобы их скорости и положения можно было точно определить). Если ALPHA-2 покажет, что вещество и антивещество падают с разной скоростью, придется переписывать учебники по теории гравитации. «Это стало бы новой физикой, — считает д-р Майкл Доузер (Michael Doser) из CERN. — Хотя жизнеспособных моделей не так уж много, есть и такие, в которых возможны дополнительные силы, подобные гравитации, или модифицированные формы гравитации между материей и антиматерией».
Наряду с подготовкой наземных экспериментов, исследования идут и в более отдаленных местах. Астрономы обнаружили нечто, отчетливо падающее вверх, — галактики на краю наблюдаемой Вселенной. Материя, заполняющая нашу расширяющуюся Вселенную, порождает взаимное притяжение. Считалось, что в целом эти силы должны замедлять космологическое расширение. Но когда в конце 1990-х годов астрономы исследовали галактики, находящиеся на разных расстояниях от Земли (и поэтому, в силу конечности скорости света, видимые такими, какими были в разные космические эпохи), обнаружилось неожиданное. Расширение Вселенной со временем не замедлялось, а наоборот, становилось всё более стремительным.
