by 
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες παρατήρησαν σωματίδια αντιύλης να πέφτουν κάτω από την επίδραση της βαρύτητας, ένα φαινόμενο που έχει θεωρητικοποιηθεί εδώ και πολύ καιρό, αλλά δεν έχει ξαναδεί.
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η αντιύλη αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα όπως ακριβώς κάνει η κανονική ύλη. Αυτό ταιριάζει με αυτό που υπέθεσε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν στη γενική θεωρία της σχετικότητας: την καλύτερη θεωρία της βαρύτητας που έχουμε. Ωστόσο, η συγκέντρωση αρκετών αποδεικτικών στοιχείων για να γίνει ο ισχυρισμός χρειάστηκε περίπου τρεις δεκαετίες λεπτής προετοιμασίας για την κατασκευή του απαραίτητου πειράματος στον πραγματικό κόσμο.
«Πραγματικά δεν ξέρεις τίποτα μέχρι να το δεις», λέει ο Jeffrey Hangst, εκπρόσωπος του πειράματος, που ονομάζεται ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), στο CERN κοντά στη Γενεύη. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα, προσθέτει, σε τομείς που έχουν να κάνουν με την αλληλεπίδραση της βαρύτητας και της αντιύλης, δύο από τα πιο διαβόητα ολισθηρά θέματα σε όλη τη θεωρητική φυσική. «Αυτό είναι κάτι που είσαι ηθικά υποχρεωμένος να μετρήσεις αν μπορείς», λέει ο Hangst.
Η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν αποτυγχάνει σε κβαντικές κλίμακες, υποδηλώνοντας ότι είναι ατελής. Ωστόσο, οι ερευνητές παραμένουν μπερδεμένοι στην μακροχρόνια αναζήτησή τους να σφυρηλατήσουν μια ανώτερη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας. Και η αντιύλη βρίσκεται στο κέντρο ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια που υπάρχουν.
Η αντιύλη είναι ίδια με τη συνηθισμένη ύλη αλλά με το αντίθετο φορτίο. Το αντίστοιχο της αντιύλης του αρνητικά φορτισμένου ηλεκτρονίου, για παράδειγμα, είναι το ποζιτρόνιο, το οποίο έχει την ίδια μάζα και σπιν αλλά θετικό και όχι αρνητικό φορτίο. Όταν ένα σωματίδιο αντιύλης και το αντίστοιχο της ύλης συναντώνται, εξαφανίζονται το ένα το άλλο. Σύμφωνα με το τυπικό μοντέλο της φυσικής, η μεγάλη έκρηξη θα έπρεπε να είχε δημιουργήσει ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Ωστόσο, αν είχε, δεν θα έπρεπε να υπάρχει τίποτα: όλα τα σωματίδια αντιύλης και ύλης θα έπρεπε να είχαν εκμηδενιστεί το ένα το άλλο. Αντίθετα, το σημερινό σύμπαν είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου ύλη και η αντιύλη εμφανίζεται μόνο σπάνια ως προϊόν ραδιενεργής διάσπασης ή σε συγκρούσεις κοσμικών ακτίνων. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι πρέπει να υπήρχε κάποια αρχέγονη ανισορροπία που επέτρεψε στην ύλη να κυριαρχήσει στο σύμπαν, αλλά το πώς και το γιατί παραμένουν ανοιχτά ερωτήματα.
«Οτιδήποτε αυτό μπορώ κάνω με την αντιύλη πρέπει να «Πρέπει να κάνεις κάτι για να δεις τι δεν πάει καλά», λέει ο Hangst, «αν μη τι άλλο».
Η πτητότητα της αντιύλης παρουσία ύλης δημιουργεί πρόβλημα για τη μελέτη της. Οι επιστήμονες στη συνεργασία με το ALPHA κατασκευάζουν αρχικά αρνητικά φορτισμένα αντιπρωτόνια (τις εκδόσεις αντιύλης των πρωτονίων) σε ένα «εργοστάσιο αντιύλης», έναν επιταχυντή σωματιδίων υψηλής ταχύτητας στο CERN που εύστοχα ονομάζεται Επιβραδυντής Αντιπρωτονίων. Στη συνέχεια συλλέγουν θετικά φορτισμένα ποζιτρόνια από μια ραδιενεργή πηγή, παγιδεύοντας αυτά τα σωματίδια αντιύλης μαζί σε ένα κενό για να τα προστατεύσουν από την κανονική ύλη. Τα αντιπρωτόνια και τα ποζιτρόνια έλκονται, σχηματίζοντας ουδέτερα φορτισμένα άτομα αντιυδρογόνου, την αντιύλη εκδοχή του υδρογόνου. Το ουδέτερο φορτίο είναι σημαντικό επειδή η βαρύτητα είναι μια ασθενής δύναμη. Η προσπάθεια μέτρησης της έλξης της βαρύτητας σε ένα φορτισμένο σωματίδιο είναι μια χαμένη αιτία επειδή είναι ουσιαστικά αδύνατο να ακυρωθούν τα ηλεκτρικά πεδία του περιβάλλοντος που θα παραμόρφωσαν τα αποτελέσματα.
Σε υπερψυκτικές θερμοκρασίες, τα άτομα αντιυδρογόνου οδηγούνται μέσω ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε μια κατακόρυφη παγίδα που ονομάζεται ALPHA-g, ένα είδος ατομικής εκδοχής μιας εσωτερικής σήραγγας αλεξίπτωτου. Εδώ, οι ερευνητές μπορούν συστηματικά να απελευθερώσουν μόρια αντιυδρογόνου, μετρώντας πόσα πέφτουν και διαφεύγουν από το κάτω μέρος της παγίδας πριν εξαφανιστούν και πόσα διαφεύγουν από την κορυφή. Τα άτομα πρέπει να είναι ψυχρά (λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν) γιατί η θερμότητα αυξάνεται. Ακριβώς όπως ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να υπερνικήσει την ασθενή δύναμη της βαρύτητας, έτσι μπορεί και η θερμότητα ενός μοναχικού ατόμου.
Για το κανονικό υδρογόνο, οι ερευνητές υπολόγισαν ότι το 80 τοις εκατό των ατόμων θα έπρεπε να πέσει, ενώ το 20 τοις εκατό θα έπρεπε να γλιστρήσει μέσα από τη λαβή της βαρύτητας για να ξεφύγει από την κορυφή της παγίδας. Αν ο Αϊνστάιν είχε δίκιο ότι η αντιύλη και η ύλη αλληλεπιδρούν με τη βαρύτητα με τον ίδιο τρόπο, η ίδια αναλογία θα έπρεπε να ισχύει για το αντιυδρογόνο.
Ετσι ήταν. Εντός του περιθωρίου σφάλματος του πειράματος, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να ανιχνεύσουν βαρυτικές διαφορές μεταξύ αντιυδρογόνου και υδρογόνου.
«Μέτρησαν, για πρώτη φορά, ότι το αντιυδρογόνο πέφτει προς τα κάτω με τον ίδιο τρόπο που θα πέφτει το υδρογόνο», λέει η Άννα Σότερ, φυσικός στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Ζυρίχη, η οποία δεν συμμετέχει στη συνεργασία του ALPHA, αλλά εξέτασε τη νέα χαρτί.και έγραψα ένα άρθρο για να το συνοψίσω. Τόσο η μελέτη όσο και το άρθρο του Soter εμφανίστηκαν σήμερα στο περιοδικό Φύση.
Στη συνέχεια, η ομάδα ALPHA πήγε το πείραμα ένα βήμα παραπέρα συντονίζοντας τη μαγνητική δύναμη στην παγίδα ALPHA-g σε διάφορες δυνάμεις που θα δρούσαν ενάντια στη βαρύτητα ή θα λειτουργούσαν παράλληλα με τη βαρύτητα για να ωθήσουν τα άτομα αντιυδρογόνου προς τα πάνω ή να τα εξαναγκάσουν προς τα κάτω γρηγορότερα. Εδώ, πάλι, οι ερευνητές είδαν σωματίδια αντιύλης που συμπεριφέρονταν με τον ίδιο τρόπο όπως η κανονική ύλη.
Το πείραμα δεν είναι αρκετά ακριβές για να πούμε με βεβαιότητα ότι δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ της έλξης της βαρύτητας στην αντιύλη και την ύλη, λέει ο Soter, αν και δεν υπάρχει επίσης κανένας θεωρητικός λόγος να πιστεύουμε ότι υπάρχουν τέτοιες διαφορές. Σύμφωνα με αυτήν, θα είναι σημαντικό να γίνουν περισσότερα πειράματα με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Αυτές οι επακόλουθες ενέργειες έχουν ήδη προγραμματιστεί και θα μπορούσαν να ξεκινήσουν το επόμενο έτος, λέει ο Hangst. Ένα άμεσο βήμα είναι η χρήση ψύξης με λέιζερ για περαιτέρω ψύξη των ατόμων αντιυδρογόνου, αυξάνοντας αντίστοιχα την ευαισθησία του ALPHA στις επιπτώσεις της βαρύτητας. «Υπάρχει πολλή δουλειά να κάνουμε», λέει, «αλλά είμαστε σε καλό δρόμο».
