ضد ماده نیز مانند ماده تحت تأثیر گرانش است 

ماده در معرض جاذبه گرانشی است. نسبیت عام انیشتین پیش بینی کرده بود که پادماده نیز باید به همین ترتیب به زمین بیفتد. با این حال، تا کنون هیچ شواهد تجربی مستقیمی برای نشان دادن آن وجود نداشته است. آزمایش ALPHA در سرن اولین آزمایش مستقیمی است که تأثیر آن را مشاهده کرده است جاذبه زمین روی حرکت پادماده یافته‌ها «ضد گرانش» دافعه‌کننده را رد کردند و آن را ثابت کردند جاذبه زمین تأثیرات ماده و ضد ماده به روشی مشابه. مشاهده شد که اتم های آنتی هیدروژن (پوزیترون در حال چرخش یک پاد پروتون) مانند اتم های هیدروژن به زمین افتاد.  

پادماده از پادذرات تشکیل شده است (پوزیترون ها، پاد پروتون ها و پاد نوترون ها پاد ذرات الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها هستند). ماده و پادماده زمانی که با هم تماس پیدا می کنند به طور کامل یکدیگر را نابود می کنند و انرژی را پشت سر می گذارند.  

ماده و پادماده در اوایل به مقدار مساوی ایجاد شدند جهان توسط بیگ بنگ با این حال، ما در حال حاضر پاد ماده را در طبیعت نمی یابیم (عدم تقارن ماده-ضد ماده). ماده غالب است. در نتیجه درک خواص و رفتار پادماده ناقص است. با توجه به تأثیر گرانش بر حرکت پادماده، نظریه نسبیت عام پیش‌بینی کرده بود که ضد ماده نیز باید به روشی مشابه تحت تأثیر قرار گیرد، اما هیچ مشاهده تجربی مستقیمی برای تأیید آن وجود نداشت. برخی حتی استدلال کرده بودند که بر خلاف ماده (که در معرض کشش گرانشی است) ضد ماده ممکن است در معرض "ضد گرانش" دافعه باشد که با یافته های اخیراً منتشر شده از آزمایش ALPHA سرن رد شده است.  

اولین قدم ساختن ضد اتم ها در آزمایشگاه و کنترل آنها برای جلوگیری از برخورد آنها با ماده و نابودی آنها بود. ممکن است آسان به نظر برسد، اما بیش از سه دهه طول کشید تا این کار انجام شود. محققان اتم های پاد هیدروژن را به عنوان یک سیستم ایده آل برای مطالعه رفتار گرانشی پادماده صفر کردند، زیرا اتم های پاد هیدروژن از نظر الکتریکی خنثی و ذرات پایدار پادماده هستند. تیم تحقیقاتی آنتی پروتون های با بار منفی تولید شده در آزمایشگاه را برداشت و آنها را با پوزیترون های بار مثبت از منبع سدیم-22 پیوند زد تا اتم های آنتی هیدروژن ایجاد کند که متعاقباً در یک تله مغناطیسی محبوس شدند تا از نابودی با اتم های ماده جلوگیری شود. تله مغناطیسی خاموش شد تا اتم های آنتی هیدروژن به روشی کنترل شده در دستگاه عمودی ALPHA-g فرار کنند و موقعیت های عمودی که در آن اتم های آنتی هیدروژن با ماده نابود می شوند اندازه گیری شد. محققان گروه هایی از حدود 100 اتم آنتی هیدروژن را به دام انداختند. آنها به آرامی با کاهش جریان در آهنرباهای بالا و پایین، آنتی اتم های یک گروه را در مدت 20 ثانیه آزاد کردند. آنها دریافتند که نسبت ضد اتم های موجود در بالا و پایین با نتایج مربوط به اتم های شبیه سازی مطابقت دارد. همچنین مشخص شد که شتاب یک اتم آنتی هیدروژن با شتاب شناخته شده به دلیل جاذبه زمین بین ماده و زمین نشان می دهد که پادماده در معرض همان جاذبه گرانشی ماده است و نه در معرض «ضد گرانش» دافعه.  

این یافته نقطه عطفی در مطالعه رفتار گرانشی پادماده است.  

*** 

منابع:   

1. CERN 2023. اخبار – آزمایش ALPHA در سرن تأثیر گرانش را بر ضد ماده مشاهده می کند. ارسال شده در 27 سپتامبر 2023. موجود در https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter مشاهده شده در 27 سپتامبر 2023. 

2. Anderson، EK، Baker، CJ، Bertsche، W. و همکاران. مشاهده اثر گرانش بر حرکت پادماده. Nature 621, 716-722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1 

***