Albert Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, kütlesi veya bileşimi ne olursa olsun tüm nesnelerin yerçekimine aynı şekilde tepki vermesi gerekir. Peki bu “zayıf eşdeğerlik ilkesi” antimadde için de geçerli midir? CERN’den bir araştırma ekibi, Nature’da ilk kez bu soruyu araştıran bir deneyi anlatıyor.
Duyuru
Antimadde kesinlikle sadece bilim kurgu yazarlarının ürünü değildir. Antiparçacıkların varlığı, 1931 gibi erken bir tarihte, Schrödinger denkleminin göreli koşullarda, yani ışık hızına yakın koşullarda da işe yarayacak bir formülasyonunu arayan İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından tahmin edilmişti.
Kuantum sayılarıyla ilgili bir soru
Antimadde aslında sıradan maddeden yalnızca bir kuantum numarasıyla farklılık gösterir: Örneğin bir elektronun antimadde eşdeğeri, aynı kütleye, aynı dönüşe ancak zıt yüke sahip bir parçacıktır: pozitron. Ancak antipartiküller ve parçacıklar karşılaştığında birbirlerini söndürürler ve radyant enerji açığa çıkarlar.
1932’de ilk pozitron deneysel olarak tespit edildi. Pozitronlar uygun radyoaktif bozunma süreçlerinden elde edilir. Antiprotonlar, protonların katı bir metal bloğa ateşlenmesi ve bu şekilde oluşturulan antiprotonların bir tür depolama halkasında toplanıp yavaşlatılmasıyla oluşturulabilir. Elektrik yüklü antipartiküller, elektrik alanları kullanılarak yakalanabilir ve bir vakumda saklanabilir. Teorik olarak yerçekiminin antimadde üzerindeki etkisi de bu temel parçacıklar kullanılarak doğrudan ölçülebilir, ancak yerçekimi elektromanyetik etkileşimden çok daha zayıftır. Elektrik alanlarındaki küçük bozukluklar bile bu ölçümleri bozabilir. Bu nedenle bu tür deneyler için elektriksel açıdan nötr antiatomlara ihtiyaç vardır.
CERN bilim insanları ilk kez 1995 yılında bir pozitron ve bir anti-protondan anti-hidrojen atomu üretmeyi başardılar. Bu amaçla, elektrik yüklü antipartiküller Penning tuzakları adı verilen tuzaklarda birkaç Kelvin’e kadar soğutulur ve daha sonra manyetik bir tuzakta birbirine kilitlenir. Çünkü pozitronlar ve antiprotonlar bir antihidrojen atomu oluşturmak üzere bir araya gelir gelmez, artık elektriksel açıdan nötr olan antiatom yalnızca manyetik momenti aracılığıyla kontrol edilebilir.
2010 yılında CERN araştırmacıları ilk kez anti-hidrojen atomlarını üzerlerinde spektroskopik ölçümler yapmaya yetecek uzunlukta yakalamayı başardılar. Mevcut deney için araştırmacılar, yerçekiminin etkilerini incelemek amacıyla antihidrojen atomları için manyetik bir tuzak olan ALPHA-g makinesini inşa ettiler.
Antihidrojen atomları için tuzak
Dikey tuzakta asılı duran antihidrojen atomları serbest bırakılarak üst ve alt kapanış manyetik alanını 20 saniye içinde kesintiye uğratır. Giderek daha fazla antimadde atomu manyetik bariyeri aşıyor ve yukarıya uçuyor ya da batıyor. Bir süre sonra antiatomlar tuzağın duvarına temas ederek yok olurlar. Bu bozunma özel dedektörler tarafından kayıt altına alınmaktadır.
Araştırmacıların hipotezine göre, yerçekimi madde üzerinde olduğu gibi antimadde üzerinde de etki gösteriyorsa, altta daha fazla parçacık toplanacak. Aslında Jeffrey Hangst ve meslektaşları, ALPHA-g’de salınan manyetik olarak hapsedilmiş antihidrojen atomlarının aşağıya düşme olasılığının daha yüksek olduğunu gözlemlediler. Yazarlar “Nature” dergisindeki yayınlarında, antimadde üzerindeki yerçekiminin çekici değil itici olduğu tezinin tamamen göz ardı edilemeyeceğini, ancak “son derece ihtimal dışı” hale geldiğini yazıyorlar. Bir sonraki adımda yerçekiminin antiatomlar üzerindeki etkisini daha kesin bir şekilde ölçmeyi amaçlıyoruz.
(batı)
Haberin Sonu
Duyuru
Antimadde kesinlikle sadece bilim kurgu yazarlarının ürünü değildir. Antiparçacıkların varlığı, 1931 gibi erken bir tarihte, Schrödinger denkleminin göreli koşullarda, yani ışık hızına yakın koşullarda da işe yarayacak bir formülasyonunu arayan İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından tahmin edilmişti.
Kuantum sayılarıyla ilgili bir soru
Antimadde aslında sıradan maddeden yalnızca bir kuantum numarasıyla farklılık gösterir: Örneğin bir elektronun antimadde eşdeğeri, aynı kütleye, aynı dönüşe ancak zıt yüke sahip bir parçacıktır: pozitron. Ancak antipartiküller ve parçacıklar karşılaştığında birbirlerini söndürürler ve radyant enerji açığa çıkarlar.
1932’de ilk pozitron deneysel olarak tespit edildi. Pozitronlar uygun radyoaktif bozunma süreçlerinden elde edilir. Antiprotonlar, protonların katı bir metal bloğa ateşlenmesi ve bu şekilde oluşturulan antiprotonların bir tür depolama halkasında toplanıp yavaşlatılmasıyla oluşturulabilir. Elektrik yüklü antipartiküller, elektrik alanları kullanılarak yakalanabilir ve bir vakumda saklanabilir. Teorik olarak yerçekiminin antimadde üzerindeki etkisi de bu temel parçacıklar kullanılarak doğrudan ölçülebilir, ancak yerçekimi elektromanyetik etkileşimden çok daha zayıftır. Elektrik alanlarındaki küçük bozukluklar bile bu ölçümleri bozabilir. Bu nedenle bu tür deneyler için elektriksel açıdan nötr antiatomlara ihtiyaç vardır.
CERN bilim insanları ilk kez 1995 yılında bir pozitron ve bir anti-protondan anti-hidrojen atomu üretmeyi başardılar. Bu amaçla, elektrik yüklü antipartiküller Penning tuzakları adı verilen tuzaklarda birkaç Kelvin’e kadar soğutulur ve daha sonra manyetik bir tuzakta birbirine kilitlenir. Çünkü pozitronlar ve antiprotonlar bir antihidrojen atomu oluşturmak üzere bir araya gelir gelmez, artık elektriksel açıdan nötr olan antiatom yalnızca manyetik momenti aracılığıyla kontrol edilebilir.
2010 yılında CERN araştırmacıları ilk kez anti-hidrojen atomlarını üzerlerinde spektroskopik ölçümler yapmaya yetecek uzunlukta yakalamayı başardılar. Mevcut deney için araştırmacılar, yerçekiminin etkilerini incelemek amacıyla antihidrojen atomları için manyetik bir tuzak olan ALPHA-g makinesini inşa ettiler.
Antihidrojen atomları için tuzak
Dikey tuzakta asılı duran antihidrojen atomları serbest bırakılarak üst ve alt kapanış manyetik alanını 20 saniye içinde kesintiye uğratır. Giderek daha fazla antimadde atomu manyetik bariyeri aşıyor ve yukarıya uçuyor ya da batıyor. Bir süre sonra antiatomlar tuzağın duvarına temas ederek yok olurlar. Bu bozunma özel dedektörler tarafından kayıt altına alınmaktadır.
Araştırmacıların hipotezine göre, yerçekimi madde üzerinde olduğu gibi antimadde üzerinde de etki gösteriyorsa, altta daha fazla parçacık toplanacak. Aslında Jeffrey Hangst ve meslektaşları, ALPHA-g’de salınan manyetik olarak hapsedilmiş antihidrojen atomlarının aşağıya düşme olasılığının daha yüksek olduğunu gözlemlediler. Yazarlar “Nature” dergisindeki yayınlarında, antimadde üzerindeki yerçekiminin çekici değil itici olduğu tezinin tamamen göz ardı edilemeyeceğini, ancak “son derece ihtimal dışı” hale geldiğini yazıyorlar. Bir sonraki adımda yerçekiminin antiatomlar üzerindeki etkisini daha kesin bir şekilde ölçmeyi amaçlıyoruz.
(batı)
Haberin Sonu