Antimateria faller nedåt

För första gången har gravitationens påverkan på antimateria observerats i ett experiment. Det har skett vid ALPHA-experimentet på CERN, där Fysikum på Stockholms universitet är representerat genom Svante Jonsell. Resultaten publiceras nu i tidskriften Nature.

Antimaterien är den vanliga materiens spegelbild. För varje partikel av vanlig materia finns en motsvarande antimaterie-partikel. Denna antipartikel har motsatt elektrisk laddning men är i övrigt, så vitt vi vet, helt lik sin motsvarighet av vanlig materia. Det kan vara lockande att spekulera om att även dess gravitation skulle vara motsatt vanlig materia. Konsensus bland fysiker är dock att så inte kan vara fallet, det vill säga att antimateria beter sig precis som vanlig materia vad gäller gravitationen. Denna slutsats grundar sig på Einsteins allmänna relativitetsteori, men direkt observation har hittills saknats.

– För att få ihop det hela är det många olika bitar som måste komma samman. Mitt eget bidrag handlar mest om beräkningar och simuleringar av hur antiatomerna rör sig, speciellt om de skulle råka stöta på en vanlig atom, säger Svante Jonsell, lektor i teoretisk atomfysik vid Fysikum vid Stockholms universitet.

Principen för experimentet är enkel. I ALPHA skapas atomer av antimateria och hålls fast med hjälp av magnetfält. Då magnetfälten stängs av faller antiatomerna fritt och i ALPHA mäts helt enkelt var de hamnar, det vill säga om de rör sig uppåt eller nedåt. Resultatet av mätningarna är att antiatomerna rör sig på samma sätt som förväntas av vanliga atomer.

Även om principen är enkel, så är svårigheterna många. Framförallt så är gravitationen en mycket svag kraft, vilket gör det nödvändigt att använda neutrala partiklar som inte påverkas av elektriska fält i omgivningen. Dessutom kan den rörelse som kommer från gravitationen överskuggas av rörelsen som antiatomerna hade redan i fällan. Detta trots att antiatomerna i fällan har en temperatur så låg som en halv grad över absoluta nollpunkten. Ytterligare en svårighet är att så fort antimateria kommer i kontakt med vanlig materia så förintas den.

Noggrannheten i experimentet är tillräcklig för att utesluta att antimateria skulle falla uppåt. Det går dock fortfarande inte att utesluta att någon mindre skillnad skulle kunna finnas. Mätningarna av antimateriens gravitation, och flera andra av dess egenskaper, fortsätter därför vid ALPHA och flera andra experiment.

Länk till artikeln i Nature:

https://www.nature.com/article…

Kontaktuppgifter

Svante Jonsell, lektor i teoretisk atomfysik vid Fysikum, Stockholms universitet
Tel: 08-553 786 25
Mail: jonsell@fysik.su.se