la deformación del espacio-tiempo, en el cuadro relativista General, por masas gravitacionales es lo que… causa la fuerza gravitacional. Se supone, pero no se verifica experimentalmente, que las masas de antimateria se comportarán de la misma manera que las masas de materia en un campo gravitacional.
LIGO / T. Pyle
uno de los hechos más sorprendentes sobre la ciencia es cuán universalmente aplicables son las leyes de la naturaleza., Cada partícula obedece las mismas reglas, experimenta las mismas fuerzas y ve las mismas constantes fundamentales, sin importar dónde o cuándo existan. Gravitacionalmente, cada entidad en el universo experimenta, dependiendo de cómo lo mires, la misma aceleración gravitacional o la misma curvatura del espacio-tiempo, sin importar las propiedades que posea.
al menos, así son las cosas en teoría. En la práctica, algunas cosas son notoriamente difíciles de medir., Los fotones y las partículas normales y estables caen como se esperaba en un campo gravitacional, con la Tierra causando que cualquier partícula masiva se acelere hacia su centro a 9.8 m / s2. Sin embargo, a pesar de nuestros mejores esfuerzos, nunca hemos medido la aceleración gravitacional de la antimateria. Debería acelerarse exactamente de la misma manera, pero hasta que lo medimos, no podemos saberlo. Un experimento está tratando de decidir el asunto, de una vez por todas. Dependiendo de lo que encuentre, podría ser la clave de una revolución científica y tecnológica.,
las Trayectorias de átomos de antihidrógeno del experimento ALPHA. Podemos mantenerlos estables hasta 20… minutos a la vez ahora, y medir cómo se comportan en un campo gravitacional es el siguiente paso lógico.
Chukman So/University of California, Berkeley
Puede que no te des cuenta, pero hay dos formas completamente diferentes de pensar sobre la masa. Por un lado, está la masa que acelera cuando se le aplica una fuerza: la m en la famosa ecuación de Newton, F = ma., Esto es lo mismo que la m en E = mc2 de Einstein, que te dice cuánta energía necesitas para crear una partícula (o antipartícula) y cuánta energía obtienes cuando la aniquilas.
pero hay otra masa ahí fuera: la masa gravitacional. Esta es la masa, m, que aparece en la ecuación para el peso en la superficie de la Tierra (W = mg), o en la ley gravitacional de Newton, F = GmM/r2., Para la materia normal, sabemos que estas dos masas-masa inercial y masa gravitacional — deben ser iguales a algo así como 1 parte en 100 mil millones, gracias a las restricciones experimentales de una configuración diseñada hace más de 100 años por Loránd Eötvös.
la ley de Newton de la gravitación universal (L) y la ley de Coulomb de la electrostática (R) casi… formas idénticas. Si la ‘ m ‘ en la fuerza gravitacional obtiene un signo negativo de antimateria, los próximos experimentos deberían revelarlo.
Dennis Nilsson / RJB1 / E., Siegel
para antimateria, sin embargo, nunca hemos sido capaces de medir esto en absoluto. Hemos aplicado fuerzas no gravitacionales a la antimateria y la hemos visto acelerarse, y también hemos creado y aniquilado la antimateria; estamos seguros de cómo se comporta su masa inercial, y es exactamente la misma que la masa inercial de la materia normal. Tanto F = ma como E = mc2 funcionan igual para la antimateria que para la materia normal.
pero si queremos saber cómo se comporta gravitacionalmente la antimateria, no podemos simplemente desviarnos de lo que teóricamente esperamos; tenemos que medirlo., Afortunadamente, hay un experimento que se está ejecutando ahora que fue diseñado para hacer exactamente eso: el experimento alfa en el CERN.
El ALFA colaboración ha llegado el más cercano de cualquier experimento para medir el comportamiento de neutro… antimateria en un campo gravitacional. Con el próximo detector Alfa-g, podríamos finalmente saber la respuesta.
Maximilien Brice/CERN
uno de los grandes pasos que se han dado recientemente es la creación no solo de partículas de antimateria, sino de Estados neutrales y estables de la misma., Los Anti-protones y positrones (anti-electrones) pueden ser creados, ralentizados y forzados a interactuar entre sí, donde forman un anti-hidrógeno neutro. Usando una combinación de campos eléctricos y magnéticos, podemos confinar estos anti-átomos y mantenerlos estables, lejos de la materia que los haría aniquilar.
Las hemos mantenido estables durante unos 20 minutos a la vez, superando con creces las escalas de tiempo de microsegundos que sobreviven las partículas inestables y fundamentales. Los hemos golpeado con fotones, descubriendo que tienen los mismos espectros de emisión y absorción que los átomos., En todo lo que importa, hemos determinado que las propiedades de la antimateria son exactamente como la física estándar predice que sean.
El detector ALPHA-g, construido en la instalación del acelerador de partículas de Canadá, TRIUMF, es el primero de sus… tipo diseñado para medir el efecto de la gravedad sobre la antimateria. Cuando se orienta verticalmente, debe ser capaz de medir en qué dirección cae la antimateria y en qué magnitud.
Stu Shepherd / TRIUMF
excepto, por supuesto, gravitacionalmente., El nuevo detector ALPHA-g, construido en las instalaciones de TRIUMF en Canadá y enviado al CERN a principios de este año, debería mejorar los límites de la aceleración gravitacional de la antimateria hasta el umbral crítico. ¿Acelera la antimateria, en presencia del campo gravitacional en la superficie de la Tierra, a +9,8 m/s2 (abajo), a -9,8 m/s2 (arriba), a 0 m/s2 (ninguna aceleración gravitacional), o algún otro valor?
desde una perspectiva teórica y de aplicaciones, cualquier resultado que no sea el esperado + 9.8 m / s2 sería absolutamente revolucionario.,
Si hubo algún tipo de materia que había negativo gravitacional cargo, sería repelido por… la materia y la energía de la que somos conscientes.,
Muu-karhu de Wikimedia Commons
La contraparte de antimateria de cada partícula de materia debe tener:
- la misma masa,
- la misma aceleración en un campo gravitacional,
- La carga eléctrica opuesta,
- El espín opuesto,
- Las mismas propiedades magnéticas,
- y debe tener el mismo espectro de transiciones de positrones en esas configuraciones variadas.,
algunos de estos se han medido durante mucho tiempo: la masa inercial de la antimateria, la carga eléctrica, el espín y las propiedades magnéticas son bien conocidas. Sus propiedades de unión y transición han sido medidas por otros detectores en el experimento alfa, y se alinean con lo que la física de partículas predice.
pero si la aceleración gravitacional vuelve negativa en lugar de Positiva, literalmente pondría el mundo patas arriba.
La posibilidad de tener artificial de la gravedad es tentadora, pero se basa en la existencia…, de masa gravitacional negativa. La antimateria puede ser esa masa, pero aún no lo sabemos, experimentalmente.
Rolf Landua / CERN
actualmente, no existe tal cosa como un conductor gravitacional. En un conductor eléctrico, las cargas libres viven en la superficie y pueden moverse, redistribuyéndose en respuesta a cualquier otra carga que esté alrededor. Si tiene una carga eléctrica fuera de un conductor eléctrico, el interior del conductor estará protegido de esa fuente eléctrica.
Pero no hay manera de protegerse de la fuerza gravitacional., Tampoco hay forma de establecer un campo gravitacional uniforme en una región del espacio, como se puede hacer entre las placas paralelas de un condensador eléctrico. La razón? Porque a diferencia de la fuerza eléctrica, que es generada por cargas positivas y negativas, solo hay un tipo de «carga» gravitacional, y eso es masa y energía. La fuerza gravitacional siempre es atractiva, y simplemente no hay forma de evitarlo.
diagrama Esquemático de un condensador, donde dos placas conductoras paralelas tienen igual y opuesta…, cargas, creando un campo eléctrico uniforme entre ellos. Esta configuración es imposible para la gravedad, a menos que haya alguna forma de masa gravitacional negativa.
usuario de Wikimedia Commons Papa November
pero si tienes masa gravitacional negativa, todo eso cambia. Si la antimateria realmente antigravita, cayendo hacia arriba en lugar de hacia abajo, entonces la gravedad la ve como si estuviera hecha de anti-masa o anti-energía. Bajo las leyes de la física que entendemos actualmente, cantidades como anti-masa o anti-energía no existen., Podemos imaginarlos y hablar de cómo se comportarían, pero esperamos que la antimateria tenga masa normal y energía normal cuando se trata de gravedad.
si la anti-masa existe, entonces una gran cantidad de grandes avances tecnológicos, imaginados por escritores de ciencia ficción durante generaciones, de repente se volverían físicamente posibles.
El Virtual IronBird herramienta para la CAM (Centrífuga Módulo de Alojamiento) es una forma de crear… la gravedad artificial, pero requiere mucha energía y solo permite un tipo de fuerza muy específica que busca el centro., La verdadera gravedad artificial requeriría algo para comportarse con masa negativa.
NASA Ames
podemos construir un conductor gravitacional y protegernos de la fuerza gravitacional.
podemos establecer un condensador gravitacional en el espacio, creando un campo de gravedad artificial uniforme.
incluso podríamos crear warp drive, ya que obtendríamos la capacidad de deformar el espacio-tiempo exactamente de la manera que requiere una solución matemática a la Relatividad General, descubierta por Miguel Alcubierre en 1994.,
La solución de Alcubierre para la relatividad General, que permite un movimiento similar al warp drive. Esta solución… requiere masa gravitacional negativa, que podría ser exactamente lo que la antimateria podría proporcionar.
usuario de Wikimedia Commons AllenMcC
es una posibilidad increíble, una que es considerada tremendamente improbable por prácticamente todos los físicos teóricos., Pero no importa cuán salvajes o mansos sean tus teorías, debes confrontarlas absolutamente con datos experimentales; solo midiendo el universo y poniéndolo a prueba puedes determinar con precisión cómo funcionan las leyes de la naturaleza.
hasta que medimos la aceleración gravitacional de la antimateria con la precisión necesaria para determinar si cae hacia arriba o hacia abajo, debemos mantenernos abiertos a la posibilidad de que la naturaleza no se comporte como esperamos. El principio de equivalencia puede no ser cierto para la antimateria; de hecho, puede ser 100% anti-verdad., Pero si ese es el caso, se desbloqueará un nuevo mundo de posibilidades. Podríamos cambiar los límites actualmente conocidos de lo que los humanos pueden crear en el universo. Y aprenderemos la respuesta en unos pocos años a través del más simple de todos los experimentos: poner un anti-átomo en un campo gravitacional, y ver en qué dirección cae.
