Antiatomer vejet for første gang
Nu kan forskere fra CERN måle, om antistof påvirkes af tyngdekraften på samme måde som almindeligt stof. I første omgang er målemetoden dog så upræcis, at fysikerne end ikke kan sige, om antistof falder opad eller nedad.

CERNs ALPHA-gruppe har vejet antiatomer for første gang. Næste skridt bliver at bestemme, hvordan disse partikler påvirkes af tyngdekraften. (Foto: CERN)

Det er ikke nemt at have med antistof at gøre. Antiatomer er uhyre svære at fremstille og fastholde, og de forsvinder i samme splitsekund, de møder almindeligt stof. Alligevel er det nu lykkedes forskere fra CERN at måle, hvordan tyngdekraften påvirker antiatomer.

»Vi har foretaget den allerførste direkte måling af tyngdekraften på antistof,« fortæller Jeffrey Hangst, der ud over at være talsmand for CERN-projektet ALPHA også er professor på Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet.

»Vi har udviklet en teknik, som man kan bruge til at måle tyngdekraftens effekt på antiatomer. Nu kan vi vise, at antistof ligner almindeligt stof inden for en vis ramme.«

Måske falder antistof opad

Antistof minder om almindeligt stof, men har modsat elektrisk ladning. Der er dog fundet visse andre subtile forskelle, men de er ikke store nok til at kunne forklare, hvorfor vi er omgivet af et univers, der rummer masser af stof, men næsten ikke noget antistof.

Spørgsmålet er, om en del af forklaringen skal findes i den måde, som antistof påvirkes af tyngdekraften.

De fleste forskere regner med, at antistof tiltrækkes af andet stof på præcis samme måde, som almindeligt stof gør det, jævnfør Newtons tyngdelov. Men det er ikke sikkert, at det er sådan. Måske falder antistof opad, fordi det frastødes af Jorden i stedet for at tiltrækkes.

Indfangede antiatomer slippes fri igen

Forskerne i ALPHA-gruppen på CERN er de eneste, der har været i stand til at holde antiatomer fast i en fælde og foretage målinger på dem.

»Vi fanger først antiatomer, og så frigiver vi dem igen. Når vi gør det, rammer de væggene i vores antiatom-fælde, og det kan måles af en detektor. Så spørger vi, om vi kan bevise, at de falder nedad,« siger Jeffrey Hangst.

Fakta

Et almindeligt brintatom består af en elektron bundet til en proton, mens antibrint er en positron – elektronens antipartikel – bundet til en antiproton. På CERN skabes antiprotoner ved at tilføre protoner energi i en partikelaccelerator og derefter lade dem kollidere med metal. Positroner udsendes naturligt ved visse former for radioaktivt henfald.

I 2010 lykkedes det for første gang at skabe og fastholde antiatomer, og året efter blev det muligt at holde på antibrinten i mere end et kvarter. Det er ellers ikke nogen let opgave, for så snart en antipartikel kommer i kontakt med en almindelig partikel, er resultatet en tilintetgørelse af begge under udsendelse af helt nye partikler.

»Vi håber på, at vi vil blive i stand til at se forskel på tyngdekraft og anti-tyngdekraft - at vi på et tidspunkt kan udelukke, at antiatomer falder opad.«

Det kan forskerne ikke endnu. De nye resultater, der netop er offentliggjort i det videnskabelige web-tidskrift Nature Communications, viser først og fremmest, at metoden til at veje antiatomer rent faktisk virker.

Flere antiatomer skal på banen

Indtil videre kan forskerne kun sætte grænser for, hvor forskelligt tyngdekraften påvirker atomer og antiatomer. Rent teknisk kan de bestemme forholdet mellem antibrints gravitationelle og inertielle masse, og for almindelige atomer er dette forhold 1. For antiatomerne er forholdet nu målt til et sted mellem minus 65 og plus 110.

Hvis forholdet er negativt, falder antiatomerne opad, hvilket altså stadig er inden for de rammer, som den store måleusikkerhed giver.

Problemet er, at fysikerne kun har haft data fra 434 antiatomer. Der er brug for mange flere, hvis det skal afgøres, om antiatomerne falder opad eller nedad. Desuden skal de køles bedre ned, så de er knap så livlige, når der skal måles på dem.

Bedre instrument på vej

»Vi håber, at vi i fremtiden kan bruge en laser til at afkøle antiatomerne. Vi arbejder på et nyt instrument kaldet ALPHA-2, som gerne skulle være klar i 2014,« lyder det fra Jeffrey Hangst.

Lige nu kan CERN-forskerne slet ikke eksperimentere med antiatomer, for antiprotonerne bliver produceret ved hjælp af en partikelaccelerator. For tiden er acceleratorerne på CERN lukket ned, fordi de skal opgraderes, men fysikerne håber på, at de kan komme i gang igen i midten af 2014 - og at de så kan sige med sikkerhed, om antistof falder opad eller nedad.