[新聞]反物質在真空中會跌落還飄升？CERN準備實驗

看板Physics作者jackliao1990 (jack)時間7年前 (2018/11/07 19:18)推噓4(4推 0噓 8→)

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http://technews.tw/2018/11/07/antimatter-alpha-g-cern-gbar-equivalence-principle-antihydrogen-atoms-gravity/ 歐洲核子研究組織（CERN）即將展開 2 項新重力實驗，這次科學家想知道的是：反物質在真空環境中是否與普通物質一樣，具有相同的重力加速度並且都往下掉落；又或者，反物質會完全抵抗重力，往上飄去？物理學告訴你這個事實：在真空環境中（沒有摩擦力）丟下質量不同的錘子和羽毛，它們會在地球重力場中以同等速率落下，這種物體僅受重力作用所具有的加速度稱為重力加速度，與物體質量無關，而放眼宇宙中所有物質、粒子，無論它是什麼屬性，在同重力場中都會有相同的重力加速度或時空曲率。但表現出與普通物質相反量子特性的反物質，是否遵循跟普通物質一樣的重力定律？這是一個非常簡單、基本的問題，但我們還不知道答案。雖然理論預測反物質的重力加速度應該和普通物質一樣都是 9.8 m/s2，但事實上，它也有出現往上飄的可能性（重力加速度為負值）。為了回答這個謎題，CERN 科學家即將展開 ALPHA-g 實驗與 GBAR 實驗，研究反物質在真空環境中如何與重力相互作用。 ALPHA-g 探測器採垂直定位，高 2.3 公尺，外由巨大線圈包圍，形成一個含有反氫原子的磁場，你可以想像這些原子被困在一個寶特瓶中。但這個寶特瓶又有點特殊，上下方各有一個「瓶蓋」，在實驗過程中，研究團隊會精確操縱磁場同時打開「頂蓋」與「底蓋」，接著觀測反氫原子在地球重力場中，是和普通物質一樣往下掉落，或是抵抗重力往上飄。 GBAR 實驗則透過 ELENA（Extra Low ENergy Antiproton）設施得到反質子，接著與來自小型直線加速器的正電子合成具有 1 個反質子和 2 個正電子的反氫離子，再用雷射剝離其中一個正電子變成中性原子，最後和 ALPHA-g 實驗一樣測試原子的跌落。只要科學家從這兩項實驗中看到一丁半點異樣，教科書就要完整重寫。不過，這兩項實驗分秒必爭，因為 CERN 即將關閉兩年對大型強子對撞機（LHC）進行維護升級，科學家必須在此前完成初步結果分析。隨著科學家揭曉重力對反物質的影響，或許就能試著解釋，為什麼在現今可觀測的宇宙範圍內，正、反物質的含量明顯不對稱。如果未來人類對反物質技術的掌握已爐火純青，科學家也設想過反物質可以做為太空船的燃料來源，因為物質與反物質一旦結合就會互相湮滅，百分百轉化為高能光子並釋放出巨大能量，這股驅動力比當前任何技術都還要強上許多：幾十毫克反物質湮滅產生的推力，等同於幾萬噸化學燃料燃燒產生的推力，45 天就能帶你上火星。 https://www.youtube.com/watch?v=0bgyi4skk9s