研究人员使用CERN的数据直接测量反物质重力

抗氢原子的原子称量与普通氢的原子相同吗？他们甚至可能有“负面”体重？来自Berkeley Lab和UC Berkeley的科学家们使用了CERN的alpha实验中的数据直接测量了反物质重力。（插图由Chukman So）

在一项新的研究中，来自伯克利实验室和UC Berkeley的物理学家使用CERN的alpha实验中的数据直接测量反物质重力，提出了第一个直接证据了反物质的原子如何与重力相互作用。

弥补普通问题的原子跌倒，所以反物质原子会摔倒？他们是否与普通原子相同的方式体验着重力，或者是否有这样一件事作为抗真相？

美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室（伯克利实验室）的Joel Fajans表示，这些问题是长期的兴密的物理学家，因为“在不太可能的事件中，反物质跌倒了，我们必须从根本上修改我们对物理学的看法并重新思考如何宇宙有效。“

到目前为止，所有证据都是对物质和反物质的同样是间接的，所以Fajans和他的同事Jonathan Wurtele，伯克利实验室的员工科学家们都有伯克利实验室的加速和融合研究师和伯克利大学的物理学教授 - AS以及CERN的国际alpha实验的领先成员 - 决定使用他们正在进行的抗流学研究直接解决问题。如果与反原子的相互作用意外地强烈，他们意识到，异常在alpha的现有数据中可以在434个抗原子上进行显着。

测量抗氢性未知的重力与其已知惯性物质的比率的第一个结果并没有解决问题。离得很远。如果抗氢原子向下落下，其引力质量不大于其惯性质量的110倍。如果它向上落下，其引力质量至多65倍。

结果表明的是，使用一种实验方法，可以使用指向未来更高的精确度的实验方法来测量反物质重力。他们在2013年4月30日的自然通信中描述了他们的技术。

如何衡量坠落的反原子

alpha通过单一正正式（抗电器）联合单个反滴答来产生抗氢原子，将它们保持在强磁阱中。当磁铁关闭时，防原子即将接触陷阱的墙壁的普通物质，并在能量闪烁中湮灭，何时何地击中。原则上，如果实验者知道当陷阱关闭时的反原子的精确位置和速度，他们必须做的就是衡量落在墙上需要多长时间。

然而，alpha的磁场不会立即关闭;在田间衰减到零之前，近30千分之一的第二次通过。同时闪烁在陷阱墙上发生闪烁，依赖于抗原子的详细但未知的初始位置，速度和能量的地方。

Wurtele说，“延迟逃避颗粒具有很低的能量，因此引力的影响更加明显。但是越来越迟到的逃脱反原子; 434中只有23个逃脱后，在该领域已关闭20千分之一的秒后。“

Fajans和Wurtele与他们的Alpha同事和Berkeley Lab Associates，UC Berkeley Lectiater Andrew Charman和Postdoc Andre Zhmoginov一起工作，以将模拟与其数据进行比较，并将重力从磁场强度和颗粒能量上分开的重力。仍然存在巨大的统计不确定性。

“有这样的东西是反重力吗？基于到目前为止的自由落体测试，我们不能说是或否，“Fajans说。“这是第一个词，但不是最后一个词。”

alpha正在升级到alpha-2，并且可以在一到五年内进行精确测试。抗原子将是激光冷却的，以减少它们的能量，同时仍在陷阱中，当陷阱关闭时，磁场将衰减更慢，增加低能量事件的数量。问题物理学家和非物理学家一直在想超过50年的时间将受到不仅直接的测试，而且可能是明确的。

这项工作得到了美国Doe的科学办公室和美国国家科学基金会（NSF）的支持，以及其他阿尔法协作成员国的以下机构：在巴西，国家科技发展理事会（CNPQ）和高能物理研究和项目/网络融资计划（Finep / Renafae）;在以色列，以色列科学基金会（ISF）;在丹麦，自然科学研究理事会（FNU）;瑞典研究理事会（VR）;加拿大，加拿大自然科学和工程研究委员会（NSERC），国家研究委员会（NRC）/ Triumf，Alberta创新了技术期货（AITF），以及魁北克 - 自然和技术的研究基金（FQRNT）;在英国，工程和物理科学研究委员会（EPSRC），皇家社会和杠杆湖的信任。作者非常感谢Cern的Antiproton Decelerator团队的努力。

出版物：Alpha Collaboration＆A. E. Charman，“描述和第一次应用一种测量抗氢原子的重力质量，”自然通信4，物品编号：1785; DOI：10.1038 / ncomms2787

图像：Chukman So