Στον κόσμο του Star Trek το διαστημόπλοιο Enterprise κινείται στο διάστημα με ταχύτητα δίνης αφού οι κινητήρες του «δάμασαν» την αντιύλη – αλλά μόνο στο πεδίο της επιστημονικής φαντασίας.
Στον πραγματικό κόσμο, οι επιστήμονες κάνουν σημαντικά άλματα στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν πώς λειτουργεί η αντιύλη. Και σήμερα ανακοίνωσαν ότι απέδειξαν για πρώτη φορά ότι η αντιύλη αντιδρά στη βαρύτητα όπως ακριβώς και η ύλη: πέφτει, όπως θα περίμενε κανείς. Το πείραμα αυτό επιβεβαιώνει ταυτόχρονα τη θεμελιώδη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν.
Όλα τα πράγματα που γνωρίζουμε, οι πλανήτες, τα αστέρια, τα κουταβάκια και τα γλειφιτζούρια, είναι φτιαγμένα από σωματίδια ύλης. Η αντιύλη είναι η «αινιγματική δίδυμη» της ύλης, έχοντας την ίδια μάζα αλλά το αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Σχεδόν όλα τα υποατομικά σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια, έχουν ένα αντίστοιχο αντισωματίδιο. Ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο, τα «αντιηλεκτρόνια», δηλαδή τα ποζιτρόνια, έχουν θετικό φορτίο. Αντιστοίχως, ενώ τα πρωτόνια έχουν θετικό φορτίο, τα αντιπρωτόνια έχουν αρνητικό.
Με βάση τις τρέχουσες θεωρίες, από τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) από την οποία προήλθε το σύμπαν, θα έπρεπε να παραχθούν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Δεν συμβαίνει όμως αυτό. Φαίνεται ότι στο σύμπαν υπάρχει ελάχιστη αντιύλη – και στη Γη σχεδόν καθόλου. Επιπλέον, η ύλη και η αντιύλη είναι ασύμβατες μεταξύ τους, αν έλθουν σε επαφή εξαϋλώνονται.
Το πείραμα έγινε στο CERN (σ.σ. Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών) της Ελβετίας από ερευνητές της διεθνούς σύμπραξης Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) και αφορούσε το αντιυδρογόνο, την αντιύλη του υδρογόνου, του ελαφρύτερου στοιχείου.
«Στη Γη, η περισσότερη αντιύλη που παράγεται με φυσικό τρόπο προέρχεται από την κοσμική ακτινοβολία, από σωματίδια που έρχονται από το διάστημα και συγκρούονται με άτομα στην ατμόσφαιρα, δημιουργώντας ζεύγη ύλης-αντιύλης», εξήγησε ο φυσικός Τζόναθαν Γιούρτελι, τους Πανεπιστημίου Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας, ένας από τους συντάκτες της μελέτης που δημοσιεύτηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Nature. Αυτή η «νεογέννητη» αντιύλη επιβιώνει μόνο μέχρι να συγκρουστεί με κάποιο άτομο ύλης στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Ωστόσο, αντιύλη μπορεί να παραχθεί και στο εργαστήριο, όπως έγινε με το πείραμα της ALPHA, στο οποίο χρησιμοποιήθηκε αντιυδρογόνο που είχε παραχθεί στο CERN.
What happens if you drop an anti-apple?
— CERN (@CERN) September 27, 2023
In a paper published today in @Nature, the ALPHA collaboration at CERN’s Antimatter Factory shows that, within the precision of their experiment, atoms of antihydrogen – a positron orbiting an antiproton – fall to Earth in the same way as… pic.twitter.com/oo83GbZT2Z
Το αντιυδρογόνο τοποθετήθηκε σε έναν κύλινδρο, σε συνθήκες κενού, και «παγιδεύτηκε» με μαγνητικά πεδία από πάνω και από κάτω. Οι ερευνητές μείωσαν τα μαγνητικά πεδία μέχρι να ελευθερώσουν την αντιύλη για να παρατηρήσουν εάν θα έπεφτε όταν θα την επηρέαζε η βαρύτητα. Και αυτό έκανε, συμπεριφέρθηκε σαν να ήταν υδρογόνο υπό παρόμοιες συνθήκες.
«Το αποτέλεσμα αυτό είχε προβλεφθεί στη θεωρία και σε έμμεσα πειράματα (…) αλλά κανείς δεν είχε κάνει ένα άμεσο πείραμα, αφήνοντας απλώς την αντιύλη να πέσει για να δούμε προς τα πού θα κινηθεί», είπε ο φυσικός του Μπέρκλεϊ Τζόελ Φάτζανς. «Το πείραμά μας καταρρίπτει τις άλλες θεωρίες που ήθελαν την αντιύλη να υψώνεται, σαν να υπήρχε αντιβαρύτητα, αντιδρώντας στο βαρυτικό πεδίο της Γης», εξήγησε ο Γιούρτελι.
Μολονότι ο Αϊνστάιν διατύπωσε τη θεωρία της γενικής σχετικότητας πολλά χρόνια προτού να ανακαλυφθεί η αντιύλη, το 1932, θεωρούσε ότι θα αντιδρούσε στις βαρυτικές δυνάμεις με τον ίδιο τρόπο όπως και η ύλη.
Τι θα συνέβαινε αν η αντιύλη διέψευδε τις προσδοκίες των επιστημόνων; «Θα ήταν τεράστια έκπληξη, αφού κάτι τέτοιο θα ερχόταν σε σύγκρουση με πολλές θεωρίες», είπε ο φυσικός και εκ των συντακτών της μελέτης Ουίλιαμ Μπέρτσι, του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, ο οποίος κάνει πειράματα στο CERN και εκτελεί χρέη αναπληρωτή εκπροσώπου της σύμπραξης ALPHA.
Οι επιστήμονες δεν έχουν λύσει ακόμη το αίνιγμα της σπανιότητας της αντιύλης στο σύμπαν. Για παράδειγμα, δεν υπάρχει καμία ένδειξη ότι υπάρχουν γαλαξίες φτιαγμένοι από αντιύλη. «Είναι ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα που αντιμετωπίζουν οι φυσικοί», είπε ο Γιούρτελι. Αποδεικνύοντας ότι η αντιύλη και η ύλη αντιδρούν ακριβώς το ίδιο στη βαρύτητα, το πείραμα απέκλεισε μια πιθανή εξήγηση για τη σπανιότητα αυτή, ότι δηλαδή η ύλη απώθησε την αντιύλη κατά τη Μεγάλη Έκρηξη λόγω της βαρύτητας.
«Όσο ωραία κι αν είναι η θεωρία, η φυσική είναι μια πειραματική επιστήμη», σχολίασε ο Φάτζανς.