350 år etter at Newton grublet over epler som faller til jorda er dagens vitenskapere opptatt av å undersøke hvordan gravitasjon påvirker antimaterie. Ikke i eplestørrelse riktignok, men i form av det minste atomet vi har: hydrogen.
Antimaterie høres kanskje ut som science fiction. Det figurerer både som drivstoff i Star Trek og som eksplosiv i Engler og demoner, men utenfor Hollywood brukes antimaterie til mer jordnære og nyttige formål, som diagnose av kreft med PET-skanning. P’en i PET står for positron, elektronets antipartikkel.
Materiens nesten identiske tvilling
Et positron er til forveksling likt elektronet, rent bortsett fra at det har motsatt ladning. Hvis et positron kommer i kontakt med et elektron, utsletter de hverandre og etterlater seg bare lys.
CERN har et eget område satt av til eksperimenter med antimaterie, The Antimatter Factory. Her finner vi også AEgIS, et eksperiment spesielt designet for å måle hvordan antimaterie faller i jordas gravitasjonsfelt.
Eksperimenter med antimaterie er ikke helt enkle ettersom antimaterien forsvinner i møte med vanlig materie. De første atomene av antimaterie ble laget ved CERN i 2002. Da lyktes det forskere å kombinere positroner og antiprotoner med anti-hydrogen som resultat.
– Anti-hydrogen er elektrisk nøytralt. Derfor kan vi bruke det til å måle gravitasjon uten forstyrrelser fra elektromagnetiske felt, forteller Antoine Camper, forsker i høyenergifysikk ved UiO og deltaker i AEgIS-prosjektet.
Sjampanje-øyeblikk
Forskerne i AEgIS-eksperimentet har greid å lage anti-hydrogen på sin egen måte.
– Da vi fikk til det, åpnet vi sjampanjen, sier Camper.
AEgIS-forskernes måte å produsere antihydrogen på, gjør det mulig å bestemme nøyaktig når atomene lages.
– Det er en forutsetning for å kunne gjøre de målingene vi ønsker, forklarer Camper.
Forskernes plan er å gjøre de første direkte målingene av jordas gravitasjonseffekt på antimaterie. De vil måle g, om du vil. Samme g som vi bruker i naturfag for å regne på ting som faller.
Det finnes indikasjoner på at forskjellen mellom g for materie og g for antimaterie må være mindre enn 10-6 g, hvis det da er noen forskjell.
Hvorfor er det (nesten) bare materie i universet?
Hensikten med å studere antimaterie i det hele tatt, er å finne svar på hvordan universet vårt har endt opp med å bestå av så å si bare materie. Rett etter Big Bang tror vi universet besto av like mengder materie og antimaterie.
Etterhvert som materie- og antimateriepartikler utslettet hverandre, forsvant antimaterien. Men siden vi og resten av universet fremdeles er her, må det ha vært et lite overskudd av materie. Hvor kom overskuddet fra? Det må være en liten forskjell der som vi ikke har forstått ennå.
Før AEgIS-forskerne er klare til å måle antihydrogen i fritt fall er det litt mer som skal være på plass.
– Vi må lage flere atomer, og vi må klare å kontrollere retningen atomene beveger seg i, sier Camper.
Han forteller at norske forskere har vært involvert i eksperimentet i ti år. Sammen med Sintef og Ideas utvikler forskere og ingeniører fra UiO også en ny detektor til eksperimentet. Det norske bidraget til AEgIS vil fortsette gjennom det norske CERN-senteret og gjennom Unge Forskertalenter-stipendet Camper mottok i 2019.
Hva med anti-eplene?
Faller de oppover? Litt skuffende, kanskje, er det lite trolig. Mesteparten av massen til et antihydrogenatom befinner seg i kjernen og stammer fra masseløse gluoner, som binder sammen kvarkene som protonene og nøytronene består av. Ergo har hydrogen og antihydrogen mesteparten av massen tilfelles. Men det kan fortsatt hende at de ikke faller akkurat like raskt - det vil fremtiden vise!
Den vitenskapelige artikkelen:
Claude Amsler mfl: Pulsed production of antihydrogen, Nature Communications Physics, februar 2021
