欧洲核子研究中心主要实验证实反物质像爱因斯坦预测的那样对引力响应

(2023-09-29 11:52:47)

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杂谈

欧洲核子研究中心主要实验证实反物质像爱因斯坦预测的那样对引力响应

By Sharmila Kuthunur

2023/9/29

Science & Astronomy

这些发现首次结论性的证明反引力并不存在。

(Image credit: Keyi "Onyx" Li/U.S. National Science Foundation)

周三（9月27日）上午，一个国际物理学家团队报告了一项关于一种难以捉摸的被称为反物质的物质形式的重大发现。似乎反物质对引力的响应与常规物质对引力做的相同。

这一结果标志从来第一次直接观察自由落体反物质，其中原子由反质子而不是质子和反电子（正电子）而不是电子组成。反质子基本上是带负电的质子（质子在正常物质原子中是正的），正电子是带正电的电子（电子在正常物质原子中是负的）。是的，这是诡异的。

对最近的故事更特别的是该团队的壮举最终证明了特别是原子反氢------由在中心有一个反质子与一个带正电的环绕它的正电子组成------由于引力而向下拉而不是像你可能期望的那样以一种呈现为正常物质“相反”的物质形式向上拉。众所周知，这也随引力向下落。

此外，在实验室首次创造反氢近三十年后，今天的科学胜利又是另一个爱因斯坦的广义相对论的证实，该理论预测所有质量无观它的内部结构的差异都以类似的方式对引力反应。

加州大学伯克利分校物理学教授乔纳森·沃特勒（Jonathan Wurtele）在一份声明中说，“如果你走在这个系的大厅里并问物理学家，他们都会说这个结果一点也不令人惊奇。这就是现实 ”，他在十多年前首次提出了这项实验，也是这项新研究的合著者。“但他们中的大多数人也会说必须做这个实验，因为你永远不能是确定的”。

捕获最微小的

伍尔特勒和他的团队在欧洲核子研究中心（以其法语首字母缩略词CERN闻名）创造、捕获和研究反氢粒子。这些粒子被困在一个本质上是磁性瓶子内，瓶子两端都包含可控的磁场。为见证引力对反氢粒子的效应，这是四种已知力中最弱的，研究人员降低了两端的磁场强度来让粒子逃逸。

当每个粒子徘徊到磁瓶的顶部或底部时，它以一个闪光疾驰。研究人员随后数了这些闪光并发现了与顶部相比徘徊到瓶子底部的数字更高。事实上，它们中一个惊人的80%以这种方式行为了，这个结果在十几次重复实验中保持真的。按照这项新研究，这结论的证明了引力造成反氢向下下降。

加州大学伯克利分校物理学教授和新研究的合著者焦耳法见斯在声明中说，“这给我们一个强大的实验旋钮，基本上允许我们来相信实验真的起作用了，因为我们能向我们自己证明我们能以一种可预测的方式控制实验”。

研究小组还发现反氢的引力加速度接近正常物质的引力加速度，为每秒平方9.8米（32英尺）。研究人员说，预计这一结果对其他反物质粒子也保持真的。

法见斯在一封电子邮件中告诉太空网站，“如果这不是真的（首先有些东西向上掉，其次有一个与反氢的区别），那将是双重的惊奇” 。

然而，尽管最新的发现排除摆出反物质被引力排斥的理论，但只有更精确的测量将告诉是否在反物质对物质相比上引力中有任何差异。

尽管如此，通过在反氢上取得首次直接引力效果的观察，研究人员标志着直接的追求反物质的引力性质的详细的开始，反物质在宇宙中仍然令人费解的稀缺。

如果物质和反物质如此相似的行为，宇宙中缺失的反物质在哪里？

这仍然是一个开放的问题。

在大爆炸期间，宇宙据信已经富含成对的物质和反物质粒子，后者被考虑为是物质的镜子，因为它的粒子炫耀相同的质量，除了一个相反的电荷。如果物质和反物质粒子来接触，它们会在一个剧烈的闪光中彼此湮灭，留下纯能量，因此物质和反物质粒子总被成对创造和破坏。