最新的反物質(zhì)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了我們的宇宙沒有反引力
歐洲核子研究中心的物理學(xué)家使用一個25厘米長的圓柱體，稱為ALPHA-g，來觀察反物質(zhì)由于重力而向下落下。
歐洲歐洲核子研究中心周三宣布，科學(xué)家們首次觀察到反物質(zhì)粒子 - 我們周圍可見物質(zhì)的神秘雙胞胎 - 由于重力的影響而向下墜落。
這個實(shí)驗(yàn)被譽(yù)為“巨大的里程碑”，盡管大多數(shù)物理學(xué)家都預(yù)料到了這個結(jié)果，而且愛因斯坦1915年的相對論已經(jīng)預(yù)測到了這一結(jié)果。
它明確排除了引力向上排斥反物質(zhì)的可能性——這一發(fā)現(xiàn)會顛覆我們對宇宙的基本理解。
大約138億年前，大爆炸被認(rèn)為產(chǎn)生了等量的物質(zhì)——你所看到的一切都是由這些物質(zhì)構(gòu)成的——和反物質(zhì)，它的對應(yīng)物相等但相反。
然而，宇宙中幾乎沒有反物質(zhì)，這引發(fā)了物理學(xué)最大的謎團(tuán)之一：所有的反物質(zhì)都發(fā)生了什么？
“宇宙的一半消失了，”歐洲核子研究中心在日內(nèi)瓦的ALPHA合作成員杰弗里·漢斯特（Jeffrey Hangst）說，該合作組織進(jìn)行了這項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)。
“原則上，我們可以建立一個宇宙 - 我們所知道的一切 - 只有反物質(zhì)，它將以完全相同的方式工作，”他告訴法新社。
物理學(xué)家認(rèn)為，物質(zhì)和反物質(zhì)在大爆炸后確實(shí)相遇并幾乎完全相互摧毀。
然而，物質(zhì)現(xiàn)在占宇宙的近百分之五——其余的更是鮮為人知的暗物質(zhì)和暗能量——而反物質(zhì)則消失了。
牛頓的蘋果飛起來了？
關(guān)于反物質(zhì)的一個關(guān)鍵懸而未決的問題是，引力是否導(dǎo)致它以與正常物質(zhì)相同的方式下落。
雖然大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為確實(shí)如此，但也有少數(shù)人推測并非如此。
阿爾伯特·愛因斯坦1915年的相對論已經(jīng)預(yù)料到了這一發(fā)現(xiàn)。
一個掉落的蘋果啟發(fā)了艾薩克·牛頓關(guān)于引力的工作——但如果那個蘋果是由反物質(zhì)制成的，它會沖上天空嗎？
如果引力確實(shí)排斥了反物質(zhì)，這可能意味著像永動機(jī)這樣的不可能性是可能的。
“那為什么不放下一些，看看會發(fā)生什么？”漢斯特說。
他將這個實(shí)驗(yàn)與伽利略著名的——盡管可能是杜撰的——16世紀(jì)的證明進(jìn)行了比較，即從比薩斜塔掉落的兩個不同質(zhì)量的球會以相同的速度下落。
但這個實(shí)驗(yàn) - 歐洲核子研究中心30年反物質(zhì)工作的結(jié)果 - 比伽利略的“更多一點(diǎn)”，漢斯特說。
一個問題是，在外太空稀有、短暫的粒子之外，反物質(zhì)幾乎不存在。
然而，在1996年，歐洲核子研究中心的科學(xué)家制造了第一批反物質(zhì)原子——反氫原子。
另一個挑戰(zhàn)是，由于物質(zhì)和反物質(zhì)具有相反的電荷，當(dāng)它們相遇的那一刻，它們會在科學(xué)家稱之為湮滅的能量猛烈閃光中相互摧毀。
磁阱
為了研究重力對反物質(zhì)的影響，ALPHA團(tuán)隊(duì)建造了一個25厘米長（10英寸）的瓶子，放在它的末端，頂部和底部都有磁鐵。
去年年底，科學(xué)家們將大約100個非常冷的反氫原子放入這個稱為ALPHA-g的“磁阱”中。
當(dāng)他們降低兩個磁鐵的強(qiáng)度時，反氫粒子 - 以每秒100米的速度反彈 - 能夠從瓶子的兩端逃逸。
反氫原子在圓柱體中大部分向動的插圖，顯示了重力拉力的影響。
然后，科學(xué)家們簡單地計(jì)算了瓶子兩端湮滅了多少反物質(zhì)。
大約80%的反氫從底部排出，這與氫原子在瓶子中時規(guī)則彈跳的行為相似。
這一發(fā)表在《自然》雜志上的結(jié)果表明，正如愛因斯坦1915年的相對論所預(yù)測的那樣，引力導(dǎo)致反物質(zhì)向下墜落。
在十幾個實(shí)驗(yàn)中，歐洲核子研究中心的科學(xué)家們改變了磁鐵的強(qiáng)度，以不同的速率觀察了重力對反物質(zhì)的影響。
雖然實(shí)驗(yàn)排除了引力使反氫向上移動的可能性，但漢斯特強(qiáng)調(diào)，這并不能證明反物質(zhì)的行為方式與正常物質(zhì)完全相同。
“這是我們的下一個任務(wù)，”他說。
在歐洲核子研究中心工作的物理學(xué)家Marco Gersabeck沒有參與ALPHA研究，他說這是“一個巨大的里程碑”。
但他告訴法新社，這標(biāo)志著更精確地測量重力對反物質(zhì)影響的“只是一個時代的開始”。
其他更好地理解反物質(zhì)的嘗試包括使用歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)來研究稱為美夸克的奇怪粒子。
國際空間站上有一個實(shí)驗(yàn)，試圖捕捉宇宙射線中的反物質(zhì)。
但就目前而言，究竟為什么宇宙充斥著物質(zhì)卻沒有反物質(zhì)“仍然是一個謎，”物理學(xué)家哈里克里夫說。
他補(bǔ)充說，由于兩者都應(yīng)該在早期宇宙中完全消滅對方，“我們存在的事實(shí)表明有一些我們不理解的東西”正在發(fā)生。
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