Salah satu fakta paling mengejutkan dalam sains adalah betapa universal hukum alam. Setiap partikel mematuhi aturan yang sama, mengalami gaya yang sama, berada dalam konstanta fundamental yang sama, di mana pun dan kapan pun. Dari sudut pandang gravitasi, setiap partikel alam semesta mengalami percepatan gravitasi yang sama atau kelengkungan ruang-waktu yang sama, terlepas dari sifat apa yang dimilikinya.
Bagaimanapun, itu mengikuti dari teori. Dalam praktiknya, beberapa hal bisa sangat sulit diukur. Foton dan partikel stabil biasa jatuh sama, seperti yang diharapkan, dalam medan gravitasi, dan Bumi memaksa partikel masif apa pun untuk berakselerasi menuju pusatnya dengan kecepatan 9,8 m / s2. Tetapi tidak peduli bagaimana kami mencoba, kami tidak pernah bisa mengukur percepatan gravitasi antimateri. Ini harus mempercepat dengan cara yang sama, tetapi sampai kita mengukurnya, kita tidak dapat memastikannya. Salah satu eksperimen ditujukan untuk menemukan jawaban atas pertanyaan ini, sekali dan untuk selamanya. Bergantung pada apa yang dia temukan, kita mungkin selangkah lebih dekat ke revolusi ilmiah dan teknologi.
Apakah anti-gravitasi ada?
Anda mungkin tidak menyadarinya, tetapi ada dua cara yang sangat berbeda untuk merepresentasikan massa. Di satu sisi, ada massa yang mengalami percepatan saat Anda menerapkan gaya padanya: itulah m dalam persamaan Newton yang terkenal, dengan F = ma. Ini sama dengan persamaan Einstein E = mc2, yang darinya Anda dapat menghitung berapa banyak energi yang Anda butuhkan untuk membuat sebuah partikel (atau antipartikel) dan berapa banyak energi yang Anda peroleh ketika ia musnah.
Tapi ada massa lain: gravitasi. Massa, m, yang muncul dalam persamaan berat di permukaan bumi (W = mg) atau hukum gravitasi Newton, F = GmM / r2. Dalam kasus materi biasa, kita tahu bahwa dua massa ini - massa inersia dan gravitasi - harus sama dengan 1 bagian terdekat dalam 100 miliar, berkat batasan eksperimental yang ditetapkan lebih dari 100 tahun yang lalu oleh Laurent Eotvos.
Tetapi dalam kasus antimateri, kami tidak pernah bisa mengukur semua ini. Kami menerapkan gaya non-gravitasi pada antimateri dan melihatnya berakselerasi; kami menciptakan dan menghancurkan antimateri; kita tahu persis bagaimana perilaku massa inersia - seperti massa inersia materi biasa. F = ma dan E = mc2 bekerja dalam kasus antimateri dengan cara yang sama seperti materi biasa.
Tetapi jika kita ingin mengetahui perilaku gravitasi antimateri, kita tidak bisa begitu saja menggunakan teori sebagai dasar; kita harus mengukurnya. Untungnya, sebuah percobaan sedang dilakukan untuk mengetahui dengan tepat: percobaan ALPHA di CERN.
Video promosi:
Salah satu terobosan besar yang terjadi baru-baru ini telah menjadi penciptaan tidak hanya partikel dari antimateri, tetapi juga keadaan terikat stabil dan netral di dalamnya. Antiproton dan positron (antielektron) dapat dibuat, diperlambat, dan dipaksa untuk berinteraksi satu sama lain membentuk antihidrogen netral. Dengan menggunakan kombinasi medan listrik dan magnet, kita dapat membatasi antiatom ini dan menjaganya tetap stabil jauh dari materi, yang akan menyebabkan pemusnahan jika terjadi tabrakan.
Kami telah berhasil menjaganya tetap stabil selama 20 menit pada suatu waktu, jauh melampaui skala waktu mikrodetik yang biasanya dialami oleh partikel fundamental yang tidak stabil. Kami menembakkan foton ke arah mereka dan menemukan bahwa mereka memiliki spektrum emisi dan serapan yang sama dengan atom. Kami telah menentukan bahwa sifat antimateri sama dengan yang diprediksi oleh fisika standar.
Kecuali yang gravitasi, tentu saja. Detektor ALPHA-g baru, yang dibuat di pabrik Kanada TRIUMF dan dikirim ke CERN awal tahun ini, seharusnya meningkatkan batas percepatan gravitasi antimateri ke ambang kritis. Apakah antimateri berakselerasi dengan adanya medan gravitasi di permukaan bumi menjadi 9,8 m / s2 (turun), -9,8 m / s2 (naik), 0 m / s2 (tanpa adanya percepatan gravitasi), atau ke beberapa nilai lain ?
Dari sudut pandang teoritis dan praktis, hasil apa pun selain yang diharapkan +9.8 m / s2 akan benar-benar revolusioner.
Analog antimateri untuk setiap partikel materi harus memiliki:
- massa yang sama
- percepatan yang sama di medan gravitasi
- muatan listrik berlawanan
- putaran berlawanan
- sifat magnet yang sama
- harus mengikat dengan cara yang sama ke dalam atom, molekul, dan struktur yang lebih besar
- harus memiliki spektrum transisi positron yang sama dalam berbagai konfigurasi.
Beberapa sifat ini telah diukur dari waktu ke waktu: massa inersia antimateri, muatan listrik, spin, dan sifat magnet telah diketahui dan dipelajari dengan baik. Sifat pengikatan dan transien diukur dengan detektor lain dalam percobaan ALPHA dan sejalan dengan prediksi fisika partikel.
Tetapi jika percepatan gravitasi ternyata negatif, bukan positif, itu benar-benar akan menjungkirbalikkan dunia.
Saat ini, tidak ada yang namanya konduktor gravitasi. Pada konduktor listrik, muatan gratis hidup di permukaan dan dapat bergerak, mendistribusikan kembali sendiri sebagai respons terhadap muatan apa pun di sekitarnya. Jika Anda memiliki muatan listrik di luar konduktor listrik, bagian dalam konduktor akan terlindung dari sumber listrik tersebut.
Tetapi tidak ada cara untuk melindungi diri dari gaya gravitasi. Tidak ada cara untuk menyetel medan gravitasi yang seragam di area ruang tertentu, seperti antara pelat paralel kapasitor listrik. Sebab? Tidak seperti gaya listrik, yang dibangkitkan oleh muatan positif dan negatif, hanya ada satu jenis "muatan" gravitasi - massa / energi. Gaya gravitasi selalu menarik dan tidak ada cara untuk mengubahnya.
Tetapi jika Anda memiliki massa gravitasi negatif, semuanya berubah. Jika antimateri benar-benar memanifestasikan sifat anti-gravitasi, jatuh ke atas dan bukan ke bawah, maka dalam cahaya gravitasi itu terdiri dari anti-massa atau anti-energi. Menurut hukum fisika yang kita kenal, tidak ada anti-massa atau anti-energi. Kita dapat membayangkan mereka dan membayangkan bagaimana mereka akan berperilaku, tetapi kita berharap antimateri memiliki massa normal dan energi normal dalam hal gravitasi.
Jika anti-massa benar-benar ada, banyak kemajuan teknologi yang diimpikan oleh para penulis fiksi ilmiah selama bertahun-tahun akan tiba-tiba menjadi layak secara fisik.
- Kita dapat membuat konduktor gravitasi dengan melindungi diri kita dari gaya gravitasi.
- Kita dapat membuat kapasitor gravitasi di luar angkasa dan menciptakan medan gravitasi buatan.
- Kita bahkan dapat membuat penggerak warp, karena kita akan memiliki kemampuan untuk mengubah bentuk ruangwaktu dengan cara yang sama seperti yang dibutuhkan oleh solusi matematika relativitas umum yang diajukan oleh Miguel Alcubierre pada tahun 1994.
Ini adalah kesempatan luar biasa yang dianggap hampir mustahil oleh semua fisikawan teoretis. Tetapi tidak peduli seberapa liar atau tidak terpikirkannya teori Anda, Anda harus mendukungnya atau membantahnya secara eksklusif dengan data eksperimental. Hanya dengan mengukur dan menguji alam semesta Anda dapat mengetahui dengan tepat bagaimana hukumnya bekerja.
Sampai kita mengukur percepatan gravitasi antimateri dengan ketelitian yang diperlukan untuk menentukan apakah ia jatuh ke atas atau ke bawah, kita harus terbuka terhadap kemungkinan bahwa alam tidak berperilaku seperti yang kita harapkan. Prinsip kesetaraan mungkin tidak berfungsi dalam kasus antimateri; itu bisa 100% anti-prinsip. Dan dalam hal ini, dunia dengan kemungkinan yang benar-benar baru akan terbuka. Kita akan menemukan jawabannya dalam beberapa tahun, dengan melakukan percobaan sederhana: letakkan antiatom di medan gravitasi dan lihat bagaimana ia akan jatuh.
Ilya Khel
