Einstein’ın Yerçekimi Teorisi Desteklendi
Bilim insanları ilk olarak antihidrojen atomlarını düşürdüler ve nasıl düştüklerini gözlemleyip ölçtüler.
Artık resmileşti: Antimadde yukarıya değil aşağıya düşüyor.
Türünün ilk örneği olan bir deneyde, bilim insanları antihidrojen atomlarını düşürdüler ve onların düşüşünü izlediler; yerçekiminin antimaddeyi itmek yerine Dünya’ya doğru çektiğini gösterdiler.
Çalışma, Einstein‘ın genel görelilik teorisinin zayıf eşdeğerlik ilkesi olarak bilinen bir dayanağını doğruluyor. Bu prensibe göre yerçekimi, neyden yapılmış olursa olsun her nesneyi aynı şekilde çeker. Yeni çalışmayla ilgisi olmayan fizikçi Ruggero Caravita, “Bu kavram, yerçekimi anlayışımızın merkezinde yer alıyor” diyor.
Antimadde, zıt elektrik yükünü taşıyan ancak aynı kütleye sahip maddenin ayna görüntüsüdür. Örneğin bir elektronun antiparçacığı, pozitron adı verilen pozitif yüklü bir parçacıktır. Bir protonun alter egosu negatif yüklü bir antiprotondur vb.
Danimarka’daki Aarhus Üniversitesi’nden Jeffrey Hangst, çoğu fizikçinin antimaddenin aşağıya değil yukarıya düşebileceği fikrini ciddi olarak düşünmediğini söylüyor. Ancak bilim insanları bunu daha önce doğrudan test edememişti. Yeni sonucu bildiren Antihidrojen Lazer Fiziği Aparatı veya ALPHA işbirliğinin sözcüsü Hangst, “Antimadde biraz gizemli… Bu yüzden bu davranışı gerçekten doğrulamak istiyoruz” diyor.
Ekip, yalnızca antimaddenin beklendiği gibi düşmediğini, aynı zamanda normal maddeyle hemen hemen aynı ivmeyle düştüğünü buldu.
28 Eylül tarihli Nature dergisinde açıklanan sonuçlar, bilim insanlarının antimadde ve özellikle de antihidrojen üzerindeki artan kontrolünü ortaya koyuyor. Antimadde, üzerinde çalışılması zor olabilecek kurnaz bir maddedir. Maddeden yapılmış herhangi bir şeye (bir saklama kabının duvarlarına veya hava moleküllerine) dokunursa hızla yok olur. Hangst, yerçekiminin antimadde üzerindeki herhangi bir etkisini ölçmek için onlarca yıllık çalışmanın gerekli olduğunu söylüyor.
Cenevre yakınlarındaki Avrupa CERN laboratuvarında gerçekleştirilen deneyde bilim insanları antihidrojen atomlarını güçlü manyetik alanlarla hapsetti. Bu antihidrojen atomları, CERN’de oluşturulan antiprotonların radyoaktif bir kaynaktan gelen pozitronlarla karıştırılmasıyla yapıldı.
Araştırmacılar daha sonra antihidrojeni manyetik kafesinden serbest bırakarak kaç atomun yukarı ve aşağı hareket ettiğini saydılar. Eğer yerçekimi antimaddeye ve maddeye eşit davranırsa, atomların başlangıçtaki itişme hareketleri nedeniyle çoğu atom aşağıya düşecek, birkaçı ise yukarıya doğru uçacaktır.
Çalışmada yer almayan, Delaware, Ohio’daki Ohio Wesleyan Üniversitesi’nden teorik fizikçi Yunhua Ding, “Bu çok hoş, çok derli toplu ve çok basit bir kavram” diyor.
Antihidrojenin beklendiği gibi davrandığını daha da doğrulamak için araştırmacılar manyetik alanları değiştirerek atomları yukarı doğru iterek yerçekiminin etkisini ortadan kaldırdı. Bu testte kabaca eşit sayıda atom yukarı ve aşağı gitti. Manyetik alanların daha da değiştirilmesi de aynı şekilde beklentilerle eşleşti.
Önceki deneyler, yerçekiminin maddeye ve antimaddeye aynı şekilde davrandığını zaten ima ediyordu. 2022’de, yine CERN’de yapılan BASE deneyi, sınırlı antiprotonların salınımlarının, madde ve antimaddenin aynı çekim kuvvetini hissettiğini dolaylı olarak doğruladığını bildirdi. Ancak ALPHA’nın deneyi, düşen antimadde parçacıklarının doğrudan gözlemlendiği ilk deneydir.
Farklı türdeki nesnelerin aynı ivmeyle düştüğü fikri Einstein’dan çok öncesine dayanıyor. Efsaneye göre 16. yüzyılda Galileo bu etkiyi göstermek için Pizza Kulesi’nden farklı nesneler düşürmüştür. Bilim insanları o zamandan beri bunu çeşitli durumlarda, hatta Dünya’nın etrafındaki yörüngedeki nesnelerde bile test ettiler. Ancak şu ana kadar antimaddeyle hiç test yapmamışlardı.
Her ne kadar fizikçiler antimaddenin yukarıya doğru düşmesini beklemiyorlarsa da, bazı araştırmacılar antimaddenin normal maddeden biraz farklı bir ivmeyle düşebileceğini öne sürdüler. CERN’deki AEgIS işbirliğinin sözcüsü olan İtalya Trento’daki Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Caravita, “En ufak bir fark bile bulursak, bu yeni bir şeyin gerçekleştiğinin göstergesi olabilir” diyor. AEgIS, yerçekiminin antimadde üzerindeki etkisini ölçmek için de çalışan bir deney kadrosundan biridir.
Mevcut deney bu ince farkları ortaya çıkaracak kadar kesin değil. Ancak antihidrojen atomlarını lazerlerle soğutmak gibi yeni teknikler gelecekteki testleri daha hassas hale getirebilir. Bu, bilim adamlarının madde ve antimadde söz konusu olduğunda yerçekiminin gerçekten agnostik olup olmadığını görmelerine yardımcı olabilir.
Yazan: İlknur YEŞİLYURT
Referanslar
EK Anderson ve ark. Yer çekiminin antimaddenin hareketi üzerindeki etkisinin gözlemlenmesi. Doğa. Cilt 621, 28 Eylül 2023, s. 716.
Yeni yapılan lazerle soğutulan antimadde, modern fiziğin temellerini test edebilir. Science News, 6 Nisan 2021.
Yeni yapılan lazerle soğutulan antimadde, modern fiziğin temellerini test edebilir Science News, 5 Nisan 2021.
Yörüngede düşen nesneler Einstein’ın yine haklı olduğunu gösteriyor Science News, 14 Eylül 2022.
Antiprotonlar beklenmedik madde-antimadde farklılıklarına dair hiçbir ipucu göstermiyor Science News, 5 Ocak 2022.
Yer çekiminin antimaddenin hareketi üzerindeki etkisinin gözlemlenmesi Nature, 27 Eylül 2023