Dünya’nın çekim alanına düşen antihidrojen atomlarının ilk doğrudan kanıtı, normal madde ile aynı şekilde yerçekimine maruz kaldıklarını göstermektedir.
Bir top havaya atıldığında, Dünya’nın yerçekimi kuvveti topun tekrar yere düşmesine neden olacaktır. Peki ya bir antimadde küresi? Aynı şekilde mi düşecek, yoksa yerçekimini farklı bir şekilde mi hissedecek? Neredeyse bir asırdan beri fizikçiler bu konular üzerinde çalışmaktadır, ancak serbest düşüşteki antimadde hiçbir zaman doğrudan deneysel olarak test edilmemiştir.
İsviçre’deki CERN’de bulunan Antihidrojen Lazer Fizik Aygıtı (ALPHA), serbest düşen antihidrojen atomları üzerinde yapılan ve parçacıkların Dünya’ya doğru hızlanırken normal madde ile aynı yerçekimi kuvvetine maruz kaldıklarını gösteren ölçümlerin bulgularını yayınladı. Bulgular kütlenin tüm biçimlerinin yerçekiminine eşdeğerlik içinde tepki vermesi gerektiğini savunacak şekilde ve zayıf eşdeğerlik ilkesini doğrular nitelikte.
California Üniversitesi’nde fizikçi Holger Müller’e göre, “[antimaddenin] düzenli bir ivmeyle düşmekten başka bir şey yapmasını beklemek için teorik bir neden yok.” Yine de beklentisinin gerçekleştiğini görmekten mutlu. Ona göre doğrudan gözlemin yeri doldurulamaz.
En basit nötr yüklü antimadde atomu olan antihidrojen, bir antiproton ve bir elektronun karşıt parçacığı olan bir pozitrondan oluşur. Sonuç olarak, yerçekimini araştırmak için mükemmel bir sistemdir çünkü diğer kuvvetler göz ardı edilebilir. Örneğin, araştırmacılar bunun yerine yüklü bir parçacık kullanmış olsalardı, elektrik kuvvetleri resme girecek ve daha büyük güçleri nedeniyle yerçekiminin çekimine hakim olacaklardı.
İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’nden bir fizikçi Will Bertsche, yerçekimini ölçerken “kontrol edemediğiniz bir grup güç tarafından boğulduğunuzu” belirterek “Biraz nötr antimaddeye ihtiyacınız var” diyor.
Radyal yönde manyetik alan üreten süper iletken bir mıknatıs ve dikey yönde alan üreten ayna bobinleri olarak bilinen iki elektromanyetik mıknatıstan oluşan bir manyetik tuzak, serbest düşme testleri için kullanılan ALPHA-g cihazının kalbinde yer almaktadır. Üç mıknatıs, antihidrojen atomları iki ayna bobini arasında 0,5 K’de yakalanacak şekilde konumlandırılmıştır. Tuzak, parçacık yörüngelerini yeniden yapılandırabilen dedektörlerle çevrilidir.
Kapana kısılan antihidrojen atomları daha sonra 20 saniye boyunca onları tutan manyetik alanlar zayıflatılarak yerçekimine maruz bırakıldı. Sonuç olarak, kapanın içinde zıplayan antihidrojen atomları bir yandan aşağı yukarı akarken bir yandan da cihazdan dışarı taşmaya başladı. Antiparçacıklar daha sonra araştırmacılar tarafından madde parçacıklarıyla yok olmaları sırasında ortaya çıkan enerji kullanılarak bulundu.
Yerçekimi çok zayıf bir etki olduğundan, başlangıçta serbest kalan bazı antihidrojen atomları, tıpkı grubun sonuçlarında gözlemlediği gibi havaya fırlatılan beyzbol topları gibi tırmanmaya devam etmelidir.
Ancak araştırmacılar aynı zamanda daha fazla antihidrojen atomunun tuzağın dibini terk ettiğini keşfettiler ki yerçekiminin hem antimadde hem de normal madde üzerinde aynı etkiye sahip olması durumunda bekledikleri de buydu. Bulguların istatistiksel analizine göre, antimadde parçacığının yerçekimsel ivmesi, normal maddeninkinin bir standart sapması içinde.
Geçmişte başkaları da antimadde ve yerçekimi arasındaki ilişkiyi araştırmış, ancak bu araştırmalar büyük ölçüde dolaylı olmuştur. California Üniversitesi’nden Joel Fajans, “Bazı durumlarda on yıl önce yaptığımız tahminlerin gerçekten doğru çıktığını görmek heyecan vericiydi” diyor.
Müller de aynı fikirde. Son olarak, “bu [deney] gerçekleşti” diye devam ediyor. Basitçe söylemek gerekirse, bunun [sonucun] var olmasından memnunum.”
Ortaklık şimdi çalışmaların başarılı olduğunu gösterdi ve araştırmacılar ek testler yapmadan önce kurulumlarını geliştirmeyi planlıyorlar. Ayrıca antimadde atomlarının yerçekimine maruz kaldıklarında nasıl davranacaklarını daha doğru bir şekilde tahmin eden bilgisayar simülasyonları oluşturmayı planlıyorlar. Bu iki gelişmenin ALPHA ekibinin nihai hedefine ulaşmasına, yani bir antimadde atomunun ağırlığının ilk doğru tahminini elde etmesine yardımcı olacağı umuluyor. Bunu sadece zaman gösterecek.
