CERNの物理学者は、反物質が上昇するのではなく、下降することを発見しました。もちろん、これは当たり前のことのように聞こえますが、今日までの科学者は、反物質が通常の物質と同じように重力に反応することを確認できませんでした。新しい実験はこれまでのところ最良の答えを与えます。
反物質は私たちの周りのすべてを構成する物質と非常に似ていますが、1つの重要な違いがあります。その粒子は反対の電荷を持っています。そして、この単純な区別にはいくつかの重要な意味があります。粒子と反粒子が出会うたびに、それらは互いに消滅（消滅）します。
私たちにとって幸運なことに、物質に基づく存在にとって、反物質は宇宙では非常にまれですが、その理由は誰にもわかりません。
ビッグバンは同じ量の物質と反物質を生み出し、それは何十億年も前に宇宙のすべての内容物の破壊につながったでしょう。私たちが今日存在しているという事実は、いくつかの未知の要因が通常の物質を支持する不均衡を生み出したことを示しています。
そのため、物理学者は反物質を綿密に研究して、電荷以外に反物質と通常の物質との間に不均衡を説明できる他の違いがあるかどうかを調べています。標準模型は、他に違いはないはずだと言っているので、科学者が何かを見つけた場合、それは物理学のまったく新しい世界を開く可能性があります。
これは、科学者が反物質を調査するために文字通り基本に戻らなければならないことを意味します。たとえば、各要素は異なる波長の光を吸収および放出し、発光スペクトルと呼ばれる固有のシグネチャを作成します。反物質は物質と同じスペクトルを持つはずですが、CERNの科学者が最終的にこれをテストしたのは2016年まででした。確かに、反水素は水素と同じスペクトルを持っていることがわかっています。
反物質が重力にどのように反応するかは、研究に何年もかかったもう1つの一見単純な質問です。
すでに知っているはずのように聞こえるかもしれませんが、ほとんどの場合、反物質は物質と一緒に消滅するのを防ぐために電磁トラップに吊るされています。反物質は通常の物質と同じように重力に反応することが期待されていますが、反応しない可能性はわずかであり、代わりに上向きに落下する可能性があります。
このアイデアをテストするために、物理学者のチームは、ペニングトラップと呼ばれる電磁装置に反陽子と負に帯電した水素イオンを配置しました。中に入ると、粒子は周期的な経路をたどり、それらの周波数を測定することによって、科学者はそれらの電荷対質量比を計算することができます。この比率は、物質粒子と反物質粒子の両方で同じである必要がありますが、違いは重力との相互作用の違いによって説明されます。
実際、科学者たちは、物質と反物質が重力と同じように反応することを発見しました。少なくとも実験の不確実性の範囲内であり、これは粒子が経験する重力加速度の97パーセント以内です。研究者によると、これは以前の実験よりも4倍正確です。
しかし、これはまだ新しい物理学の余地を残しています。他の実験では、はるかに単純なアプローチを使用して、反物質と重力の相互作用をテストします。反物質粒子を高さから落とし、それらに何が起こるかを観察します。これらの実験が現在の実験とは異なる結果を示している場合、それは標準模型を超える物理を示唆している可能性があります。
新しい研究はジャーナルNatureに掲載されています。
2022-02-06 19:09:37
著者: Vitalii Babkin