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反物質也會反重力嗎?CERN希望通過實驗來檢驗

基礎物理實驗告訴我們,無論是鎚子還是羽毛,它們在真空里的自由落體速度都是一樣。即便從地球跑到月球,阿波羅 15 號的宇航員們也證實了這一點。不過歐洲核子研究中心(CERN)的科學家們,卻對重力與反物質的關係有所懷疑 —— 比如,它是否會表現出反重力的特性?為了找出問題的答案,他們決定做一個實驗。

反物質也會反重力嗎?CERN希望通過實驗來檢驗

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CERN 內部搭建的 Alpha-g 實驗設備,旨在觀察重力如何與反物質作用。

物理理論指出,每種物質例子,都有一個相應的反物質粒子。除了具有相反的電荷,它們各方面都是相同的。這意味著,如果兩者發生接觸,就會在能量爆發中湮滅。


2010 年的時候,CERN 科學家們只實現了不到一秒鐘。但在接下來的一年,他們將時間延長到了更加實用的 16 分鐘。

有人預測,反物質粒子應該會遵循其所對應的正常物質相同的物理規則。但這個觀點仍需通過實驗來確定,畢竟任何的細微差異,都可能對物理學的標準模型產生撼動。

幾年前,CERN 研究團隊首次研究了反氫光譜。在發現它與氫有著相同的性質後,研究人員們大鬆了一口氣。

另一個基本問題是,面對重力影響時,反物質能否給出同樣的反應?一些人預測,反物質會表現出與正常物質相同的重力反應,但這種情況很可能只佔百萬分之一。


到目前為止,科學家們只在懸浮狀態下的電磁陷阱中對它進行研究,而沒有試著讓它『降落到任何普通容器的底部』(或反重力升到頂部)。

為此,CERN 制定了兩項新實驗。首先,科學家們會在反物質產生後,關閉固定它的電磁陷阱,然後觀察它在容器內湮滅的位置。


這項實驗簡稱 ALPHA-g,旨在測量反物質的重力性質。其基於現有的設備,允許科學家創建和捕獲反物質。

反物質從反質子減速器(AD)收集、並與正電子(或反電子)結合,以產生中性的抗原子。


這種中立性質很重要,因為攜帶的電荷,可能會讓結果產生誤差,掩蓋掉了重力對反物質的真實影響。

第二項實驗被稱作 GBAR:其從 ELENA 減速環獲得反質子,並將它們與來自小型直線加速器的正電子相結合。


它們一起產生了反氫離子,然後通過激光撞擊來剝離正電子,使其脫氫至 10 微開爾文(成為中性),然後對得到的中性抗氫進行『自由落體』實驗。

遺憾的是,兩項實驗都必須爭分奪秒地進行。

幾周後,CERN 的加速器將關閉兩年,進行一項名為「HL-LHC」的強化升級。如果一切順利,研究人員有望及時得出至少一個實驗結果。

[編譯自:New Atlas , 來源:CERN]

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