Så meget anti er det heller ikke: Antistof følger også tyngdeloven

Spørgsmålet har spøgt længe blandt nogle af verdens fysikere. Vil stof og antistof frastøde hinanden? Kan man forestille sig, at et æble lavet af antistof falder opad, når det slipper træet?

De fleste fysikere siger nej og henviser til Einsteins generelle relativitetsteori. Ifølge den vil stof og antistof opføre sig ens, når det gælder tyngdekraften, fordi begge har masse.

Derfor kommer det nye resultat fra CERN næppe bag på flertallet af fysikerne. Til gengæld vækker det opsigt, at det er lykkedes CERN-forskerne at bevise det – de har netop publiceret resultatet i det videnskabelige tidsskrift Nature.

En milepæl

Med professor Jeffrey Hangst fra Aarhus Universitet i spidsen har de produceret en mængde antibrint-atomer, holdt dem fanget i et magnetfelt og så målt, hvor atomerne bevægede sig hen, når de slukkede for magnetfeltet. Og de bevægede sig altså nedad.

"I fysik ved du ikke rigtig noget, før du observerer det. Dette er det første direkte eksperiment, der faktisk observerer en effekt af tyngdekraften på bevægelsen af antistof. Det er en milepæl i studiet af antistof, som stadig mystificerer os, fordi det tilsyneladende mangler i universet," siger Jeffrey Hangst.

Han er talsmand for og grundlægger af eksperimentet ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) på CERNS antistoffabrik.

Det aktuelle eksperiment hedder ALPHA-g, hvor det lille g betegner tyngdeaccelerationen ved jordens overflade.

Hvad er antistof?

Forskellen på stof – som er det, vi og verden består af – og antistof er, at de har modsat elektrisk ladning. Hvor stof-atomer har negativt ladede elektroner, har antistof-atomer positroner, som altså er positivt ladede. Ifølge teorien, som den britiske fysiker Paul Dirac fremsatte i 1931, bør der for hver partikel eksistere en tilsvarende antipartikel, som nøjagtigt matcher partiklen, bortset lige fra ladningen. Teorien åbnede mulighed for hele galakser og universer lavet af antistof.

En partikel og en antipartikel skal helst ikke for tæt på hinanden, for så tilintetgøres (annihilerer) de begge i et glimt af energi. Det er derfor, at den antibrint, som produceres i CERN, fastholdes i et kraftigt magnetfelt.

Og når forskerne kunne måle, hvor antibrint-atomerne bevægede sig hen, var det fordi de kunne registrere energiglimtene, da de ramte beholderen, som omgiver magnetfeltet, og annihilerede.

Derfor skal tankeeksperimentet om antiæblet i første afsnit heller ikke tages seriøst; antiæblet ville forsvinde ved kontakten med vores stofverden.

Hvorfor er det vigtigt?

Men hvad så, hvis antiæblet groede på et antitræ på en antiplanet i en antigalakse?

Her er problemet, at dem er der ikke rigtig nogen af, så vidt videnskaben kan måle.

Big Bang burde ellers have skabt lige store mængder stof og antistof, men videnskabens observationer og målinger tyder på, at universet kun består af almindeligt stof.

Det kan videnskaben ikke helt forklare. Man mener, at langt de fleste partikler og antipartikler annihilerede efter dannelsen, og at en vis mængde stof på grund af en meget lille asymmetri overlevede og blev til det univers, vi kender. Det er denne asymmetri, der forskes i, for den passer ikke ind i Standardmodellen, som beskriver fundamentale partikler og deres vekselvirkninger.

Næste skridt

Jeffrey Hangst konstaterer, at det har taget forskerholdet 30 år at lære at lave dette antiatom, at holde fast i det og kontrollere det godt nok til, at de kunne tabe det på en måde, så det ville være følsomt over for tyngdekraften.

"Det næste skridt er at måle accelerationen så præcist som muligt. Vi vil teste, om stof og antistof faktisk falder på samme måde. Laserkøling af antibrintatomer, som vi først demonstrerede i ALPHA-2 og vil implementere i ALPHA-g, når vi vender tilbage til det i 2024, forventes at have en betydelig indvirkning på præcisionen,” siger han.