February 20, 2024

שוב, איינשטיין! מחקר מראה כיצד אנטי-חומר מגיב לכוח הכבידה

מאת וויל דנהאם

(רויטרס) – בעולם של “מסע בין כוכבים”, ספינת החלל אנטרפרייז נוסעת בחלל באמצעות כונן עיוות הרותם אנטי-חומר. די לומר שהטכנולוגיה הזו נשארת בתחום המדע הבדיוני.

אבל מדענים עושים התקדמות חשובה לקראת הבנה טובה יותר של אנטי-חומר. חוקרים אמרו ביום רביעי כי הם הוכיחו לראשונה כי אנטי-חומר מגיב לכוח המשיכה באותו אופן כפי שמגיב החומר – על ידי נפילה, כפי שניתן לצפות – בניסוי שביסס שוב את תורת היחסות הכללית של הפיזיקאי אלברט איינשטיין.

כל מה שאנו מכירים – כוכבי לכת, כוכבים, פודלים וסוכריות על מקל – עשוי מחומר רגיל.

אנטי-חומר הוא התאום החידתי של החומר הרגיל, בעל אותה מסה אך עם מטען חשמלי הפוך. כמעט לכל החלקיקים התת-אטומיים, כגון אלקטרונים ופרוטונים, יש מקביל אנטי-חומר. בעוד אלקטרונים טעונים שלילי, אנטי אלקטרונים, הנקראים גם פוזיטרונים, טעונים חיובית. באופן דומה, בעוד פרוטונים טעונים חיובית, אנטי פרוטונים טעונים שלילי.

לפי התיאוריה הנוכחית, פיצוץ המפץ הגדול שהוליד את היקום היה צריך לייצר כמויות שוות של חומר ואנטי-חומר. עם זאת, נראה שלא כך הדבר. נראה שיש מעט מאוד אנטי-חומר – וכמעט אף אחד בכדור הארץ. יתר על כן, חומר ואנטי-חומר אינם תואמים. אם הם נוגעים, הם מתפוצצים, תופעה שנקראת השמדה.

הניסוי בוצע במרכז האירופי לחקר גרעיני (CERN) בשוויץ על ידי חוקרים משיתוף הפעולה הבינלאומי ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus). זה היה המקבילה האנטי-חומר למימן, היסוד הקל ביותר.

“על פני כדור הארץ, רוב האנטי-חומר המופיע באופן טבעי מופק מקרניים קוסמיות – חלקיקים אנרגטיים מהחלל – שמתנגשים באטומים באוויר ויוצרים זוגות אנטי-חומר-חומר”, אמר הפיזיקאי ג’ונתן וורטלה מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. , מחבר שותף. מהמחקר שפורסם בכתב העת Nature.

האנטי-חומר החדש שנוצר מחזיק מעמד רק עד שהוא מתנגש באטום של חומר רגיל באטמוספרה התחתונה. עם זאת, ניתן לסנתז אנטי-חומר בתנאים מבוקרים, כמו בניסוי ALPHA, שהשתמש באנטי מימן שנוצר ב-CERN.

האנטי מימן היה כלול בתא ואקום גלילי ונלכד על ידי שדות מגנטיים בחלק העליון והתחתון. החוקרים הפחיתו את השדות המגנטיים כדי לשחרר את האנטי-חומר כדי לראות אם הוא ייפול או לא לאחר שהשפעת הכבידה תתגלה. זה מה שקרה, להתנהג כמו מימן באותם תנאים.

“תוצאה זו נחזה על ידי תיאוריה ועל ידי ניסויים עקיפים שנשענו על תופעות עדינות. אבל אף קבוצה מעולם לא ביצעה ניסוי ישיר שבו אנטי-חומר פשוט הושמט כדי לראות לאיזה כיוון הוא ייפול”, אמר ג’ואל, פיזיקאי ב-UC ברקלי ושותף למחקר. אמר פאג’אנס.

“הניסוי שלנו שולל תיאוריות אחרות הדורשות אנטי-חומר לעלות – ‘אנטי-כבידה’ – לתוך שדה הכבידה של כדור הארץ”, הוסיף וורטלה.

בעוד איינשטיין פיתח את תורת היחסות הכללית שלו – הסבר מלא של כוח הכבידה – לפני גילוי האנטי-חומר ב-1932, הוא התייחס לכל החומר בשווי ערך, כלומר, האנטי-חומר צריך להגיב באותו אופן שבו כוחות כבידה מאשר חומר.

מה אם אנטי-חומר היה עומד בניגוד לציפיות?

“זו הייתה הפתעה עצומה, כי זה יהיה בסתירה משמעותית עם תיאוריות רבות”, אמר הפיזיקאי ומחבר המחקר ויליאם ברטשה מאוניברסיטת מנצ’סטר באנגליה, שעורך ניסויים ב-CERN וסגן דובר לימוד. שיתוף הפעולה של אלפא.

“אני חושב שזה מדבר על חוזקה של תורת היחסות הכללית ועל עקרונות השקילות שלה”, הוסיף ברטשה.

מדענים נותרים מבולבלים מהנדירות של אנטי-חומר ביקום הנצפה. למשל, אין עדות לקיומן של גלקסיות העשויות מאנטי-חומר.

“היעדר כמעט מוחלט של אנטי-חומר טבעי הוא אחת השאלות הגדולות העומדות בפני הפיזיקה”, אמר וורטלה.

על ידי הראה כי אנטי-חומר וחומר נמשכים מבחינה כבידתית, הניסוי שלל הסבר אפשרי לנדירותו של אנטי-חומר: הוא היה נדחה על ידי חומר כבידה במהלך המפץ הגדול.

“לא משנה כמה יפה התיאוריה, פיזיקה היא מדע ניסיוני”, אמר פאג’אנס.

(דיווח מאת וויל דנהאם בוושינגטון, עריכה מאת רוסלבה או’בריאן)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *