В том маловероятном случае, если гравитация действует на антиматерию иначе, чем на обычную материю, физикам придется переосмыслить свои взгляды на устройство Вселенной.

Схема секции ALPHA, в которой производятся и улавливаются атомы антиводорода. Желтым показаны электроды, красным — отражающие катушки, оранжевым — октуполь, сиреневым — детектор.
Атомы антиводорода демонстрируют тенденцию падать в нижнюю часть детектора, но экспериментальных данных (показаны красным) недостаточно для заявлений о том, что гравитация действует на них, как на обычные атомы водорода. Зеленым показаны результаты моделирования.

Поэтому сотрудники Лаборатории Беркли (LBNL), несмотря на наличие множества косвенных свидетельств того, что вещество и антивещество равны перед лицом гравитации, разработали методику, которая позволит экспериментально подтвердить равенство гравитационной и инерциальной масс античастиц.

Исследования планируется провести на базе экспериментальной установки ALPHA, эксплуатируемой CERN. Для разработки методики эксперимента были использованы данные по 434 атомам антиводорода, полученные ALPHA ранее.

Атомы антиводорода рождаются в коконе из магнитных полей при слиянии антипротонов и позитронов («антиэлектронов»). Магнитные поля не дают им «сбежать» и аннигилировать с обычной материей. При отключении питания эта «защитная оболочка» пропадает, и антиатомы врезаются в стенки детектора, фиксирующего вспышки аннигиляции. Но магнитные поля не могут исчезнуть мгновенно, поэтому некоторые антиатомы падают на детектор позже и с меньшей скоростью, «запутавшись» в «клочках» магнитного поля, которые продолжают существовать еще около 30 мс после отключения питания.

Такие «опоздавшие» антиатомы наиболее интересны с точки зрения выявления их взаимодействия с гравитацией, поскольку за то время, пока они достигнут стенок детектора, гравитационные эффекты смогут проявиться в большей степени. К сожалению, среди данных ALPHA нашлось всего 23 антиатома, аннигиляция которых была зафиксирована позже, чем через 20 мс после отключения поля. Поэтому можно говорить только о предварительном результате, который всего лишь позволил определить статистические границы отношения гравитационной массы антиводорода к инерциальной.

Если антивещество «падает вниз», то его гравитационная масса отличается от инерциальной не более чем в 110 раз. Если антивещество «падает вверх», то его гравитационная масса отличается от инерциальной не более чем в 65 раз. Вопрос о том, соблюдается ли для антиматерии слабый принцип эквивалентности, на основании этих данных прояснить не удастся — единица, свидетельствующая о равенстве гравитационной и инерциальной массы, прекрасно вписывается в интервал от -65 до 110, но этот интервал слишком широк за счет возможных погрешностей.

В настоящее время идет модернизация ALPHA. В срок от 1 до 5 лет станет возможным выполнить более точные эксперименты, собрав необходимый объем данных. ALPHA-2 позволит снизить энергию захваченных в магнитную ловушку антиатомов путем лазерного охлаждения, а поля будут затухать медленнее, что позволит увеличить количество низкоэнергетических событий, столь необходимых для получения прямого ответа на вопрос о гравитационном влиянии на антиматерию.

По пресс-релизу LBNL