令人興奮的實(shí)驗(yàn)揭示反物質(zhì)在重力下落

就引力而言，物質(zhì)及其電荷翻轉(zhuǎn)的“鏡子”孿生體，反物質(zhì)，值得一個(gè)大大的、溫暖的擁抱。

國(guó)際反氫激光物理儀器（阿爾法）合作實(shí)現(xiàn)了對(duì)自由落體反物質(zhì)的首次直接測(cè)量。

如果結(jié)果有任何不同，我們可能終于有了第一個(gè)可靠的線索，知道大約134億年前宇宙的一半去了哪里。

反物質(zhì)是構(gòu)成我們?nèi)粘Ｉ钪形矬w的熟悉物質(zhì)的量子陰影。

反轉(zhuǎn)電子的電荷（以及其他一些更微妙的特征），你會(huì)得到一個(gè)同樣微小但帶正電的粒子，稱為正電子。

用反夸克構(gòu)建一個(gè)質(zhì)子，你會(huì)得到一個(gè)稱為反質(zhì)子的負(fù)等價(jià)物。

如果你把兩者放在一起？你得到一個(gè)原子反氫，正粒子繞負(fù)核運(yùn)行。

宇宙創(chuàng)作不害羞反物質(zhì)粒子，至少不超過(guò)它創(chuàng)造物質(zhì)。但是將兩者結(jié)合在一起，它們對(duì)立的味道很快就會(huì)被抵消，只留下一個(gè)迅速膨脹的伽馬射線氣泡，表明它們?cè)?jīng)存在過(guò)。

這個(gè)宇宙簿記的直截了當(dāng)?shù)氖聦?shí)提出了一個(gè)謎團(tuán)——為什么我們有一個(gè)充滿物質(zhì)恒星、物質(zhì)行星和物質(zhì)星系的宇宙，如果等量的反物質(zhì)出現(xiàn)在熊熊燃燒的熔爐中。大爆炸立即取消這一切？

雖然一些物理學(xué)家質(zhì)疑反物質(zhì)創(chuàng)造的前提和取消，其他人則挑戰(zhàn)了鏡像雙胞胎基本行為的假設(shè)。

例如，如果正電子被引力推開(kāi)而不是被拉走，那么這兩種物質(zhì)可能在宇宙創(chuàng)造的早期就被分開(kāi)了。

這是一個(gè)很好的想法，即使它不是一個(gè)有理論支持的概念。

“如果反氫與氫有所不同，那將是一件革命性的事情，因?yàn)榱孔恿W(xué)和引力中的物理定律都說(shuō)行為應(yīng)該是相同的，”加州大學(xué)伯克利分校等離子體物理學(xué)家和ALPHA合作成員Jonathan Wurtele說(shuō)。

“然而，在做實(shí)驗(yàn)之前，人們不知道。

進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。

我們一直在比較重力對(duì)不同種類物質(zhì)的影響，即所謂的弱等效原理很久以前據(jù)稱伽利略投下了彈藥從比薩的塔頂。

投擲由反物質(zhì)制成的質(zhì)量是完全不同的游戲。

首先，雖然我們可以使用粒子對(duì)撞機(jī)合成它，但在整個(gè)歷史中，幾乎沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)幾納克的反質(zhì)子和正電子。

減慢反物質(zhì)的速度、存儲(chǔ)它，以及輸送反粒子對(duì)于實(shí)驗(yàn)是第二個(gè)問(wèn)題。

然而，也許最大的障礙是重力本身與電磁學(xué)令人難以置信的力量相比令人難以置信的弱點(diǎn)。位于地球表面的單個(gè)質(zhì)子的重力與每平方米僅0.000001伏特的電場(chǎng)相同。

磁場(chǎng)甚至更具災(zāi)難性，要求實(shí)驗(yàn)者跳出框框思考，設(shè)計(jì)出觀察反物質(zhì)物體是否像物質(zhì)構(gòu)成的物體一樣落下的方法。

2022年，研究人員發(fā)現(xiàn)了間接證據(jù)，證明兩者對(duì)重力的反應(yīng)方式相同。通過(guò)在18個(gè)月的時(shí)間里圍繞陷阱對(duì)兩種物質(zhì)進(jìn)行比賽，他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)引力對(duì)反物質(zhì)產(chǎn)生不同影響的跡象。

為了使實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步，ALPHA設(shè)計(jì)了一個(gè)垂直真空室，具有可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)，并將反氫粒子“滴落”在其中心。

“從廣義上講，我們正在制造反物質(zhì)，我們正在做比薩斜塔式的實(shí)驗(yàn)，”Wurtele說(shuō)。

通過(guò)以受控的方式改變磁場(chǎng)，研究人員可以抵消它們的影響，讓引力使更多的粒子偏向于向地球墜落而不是加速向天空。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)意味著我們可以拋開(kāi)引力從大爆炸的灰燼中篩選出反物質(zhì)的建議，至少目前是這樣。

然而，引力仍然有很小的可能性，即重力對(duì)物質(zhì)雙胞胎之一的愛(ài)程度比對(duì)另一個(gè)的愛(ài)要多一點(diǎn)。如果是這樣，它也許可以解釋為什么我們繼承了整個(gè)宇宙。

這項(xiàng)研究發(fā)表于自然界.

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