Einsteins gravitationsteori testas på antimateria

Hur faller antimateria? Den frågan har forskargruppen ALPHA, där Stockholms universitet ingår, försökt besvara. I en artikel som publicerats i tidskriften Nature Communications, rapporterar forskarna en första mätning av antiatomers tunga massa.

Vår vanliga materia är uppbyggd av atomer och molekyler, som i sin tur består av mindre partiklar. För varje partikel finns också en spegelbild, en antipartikel. Liksom partiklar bygger upp atomer kan antipartiklar bygga upp anti-atomer, det vill säga antimateria. Antimateria finns inte naturligt på jorden, men kan skapas i partikelacceleratorer. Experimenten utförs därför vid det europeiska fysiklaboratoriet CERN utanför Geneve.

– Einstein förutsade att alla kroppar faller likadant, oberoende av vad de är gjorda av. Det finns många goda skäl att tro att Einstein hade rätt, men ännu saknas ett direkt test – att helt enkelt titta vart antimaterien tar vägen om man släpper den. Det är vad vi nu har gjort med atomer av antiväte, säger Svante Jonsell, Stockholms universitets representant i ALPHA.

Så vitt vi vet beter sig antimateria precis som vanlig materia, förutom att den elektriska laddningen är motsatt. Målet för ALPHA experimentet är att testa om detta verkligen är sant. Ett första viktigt steg togs av ALPHA 2010, då de första gången lyckades skapa och hålla fast antiatomer i en atomfälla, och snart därefter att det gick att hålla fast antiatomerna så länge som 1000 sekunder. Förra året rapporterade ALPHA de första mätningarna av antiatomers inre struktur och nu alltså tyngdkraftens verkan på antimateria.

De nuvarande resultaten sätter en övre gräns på 75 för förhållandet mellan antimateriens tunga och tröga massa. Detta förhållande är exakt 1 ifall antimaterien beter sig som vanlig materia. Experimentet sätter också en liknande gräns för antigravitation, det vill säga att antimateria skulle falla uppåt.

– Med de data vi har nu kan vi inte sätta en striktare gräns, men vi har visat att metoden fungerar. Med framtida förbättringar av experimentet bör vi kunna nå en känslighet kring 1, säger Svante Jonsell.

Länkar
Artikeln i Nature Communications: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms2787
ALPHAs websida: http://alpha.web.cern.ch/
Svante Jonsells websida: http://www.atom.physto.se/~jonsell/

Fakta
ALPHA (Antihydrogen Laser PHysics Apparatus) är ett samarbete mellan 15 institut i 8 länder, med syfte att skapa, fånga och studera antiväte. ALPHA startades år 2005 som en efterföljare till ATHENA-experimentet, där antiatomer i stora mängder skapades för första gången år 2002. Experimentet ligger vid det europeiska partikelfysiklaboratoriet CERN och använder antipartiklar från dess Antiproton Declerator (AD). Det svenska bidraget till ALPHA finansieras av Vetenskapsrådet.

Bilder på experimentet vid ALPHA: http://alpha.web.cern.ch/gallery

Svante Jonsell, docent vid Fysikum, Stockholms universitet, tfn 08 - 5537 8625, mobil 0768-287 827, e-post jonsell@fysik.su.se