Onderzoek toont aan dat het genie Albert Einstein gelijk had over antimaterie

Maar wetenschappers zetten belangrijke stappen in de richting van een beter begrip van antimaterie. Onderzoekers meldden woensdag (27 september) dat ze voor het eerst hebben aangetoond dat antimaterie op dezelfde manier op zwaartekracht reageert als materie: door te vallen. Het succes van het experiment versterkt opnieuw Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie.

Onderzoek toont aan dat Albert Einstein gebruik maakte van de natuurkundige eigenschappen van figuur 1. — Een simulatie van antiwaterstofatomen die in het ALPHA-g-instrument van het Europees Centrum voor Nucleair Onderzoek (CERN) in Genève, Zwitserland, vallen. Foto: US National Science Foundation

Zoals we weten, bestaat alles wat we zien, van planeten en sterren tot poedels en lolly's, uit gewone materie. Antimaterie is daarentegen de mysterieuze tweelingbroer van gewone materie, met dezelfde massa maar tegengestelde elektrische lading.

Bijna alle subatomaire deeltjes, zoals elektronen en protonen, hebben antimaterie-tegenhangers. Elektronen hebben een negatieve lading, terwijl anti-elektronen, ook wel positronen genoemd, een positieve lading hebben. Protonen hebben een positieve lading, terwijl antiprotonen een negatieve lading hebben.

Volgens die theorie zou de oerknal, die het heelal deed ontstaan, gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten hebben gecreëerd. Er lijkt echter heel weinig antimaterie te zijn – en bijna geen op aarde. Bovendien zijn materie en antimaterie onverenigbaar. Als ze met elkaar in contact komen, exploderen ze.

Het experiment werd uitgevoerd bij het Europees Centrum voor Nucleair Onderzoek (CERN) in Zwitserland door onderzoekers van de Antihydrogen Laser Physics Facility (ALPHA)-samenwerking. Het betrof de antimaterie-tegenhanger van waterstof, het lichtste element.

"Op aarde ontstaat de meeste natuurlijk voorkomende antimaterie uit kosmische straling – energetische deeltjes uit de ruimte – die botsen met atomen in de lucht, waardoor materie-antimaterieparen ontstaan", aldus natuurkundige Jonathan Wurtele van de Universiteit van Californië, medeauteur van de studie die is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Deze nieuw gecreëerde antimaterie bestaat slechts totdat het een atoom van normale materie in de lagere atmosfeer raakt. Antimaterie kan echter onder gecontroleerde omstandigheden worden gesynthetiseerd, zoals in het ALPHA-experiment.

De antiwaterstof bevond zich in een cilindrische vacuümkamer en werd op zijn plaats gehouden door een magnetisch veld. De onderzoekers draaiden het magnetische veld terug om de antimaterie los te laten en te kijken of deze aan de zwaartekracht zou ontkomen. Het gedroeg zich onder dezelfde omstandigheden net als waterstof.

"Dit resultaat werd voorspeld door de theorie en indirecte experimenten... Maar geen enkele groep had ooit een direct experiment uitgevoerd waarbij antimaterie werd gedropt om te zien in welke richting het zou vallen", aldus Joel Fajans, natuurkundige aan de UC Berkeley en medeauteur van de studie.

Toen Einstein zijn algemene relativiteitstheorie ontwikkelde – een allesomvattende verklaring voor de zwaartekracht – behandelde hij alle materie als gelijkwaardig, wat betekent dat antimaterie op dezelfde manier zou reageren als materie. Antimaterie werd pas officieel ontdekt in 1932.

"Ik denk dat dit een bewijs is van de kracht van de algemene relativiteitstheorie en de bijbehorende principes", aldus natuurkundige en medeauteur van de studie William Bertsche van de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk, die de experimenten bij CERN uitvoerde.

Door aan te tonen dat antimaterie en materie door zwaartekracht worden aangetrokken, sloot het experiment een mogelijke verklaring uit voor het eerdere tekort aan antimaterie: dat het werd afgestoten naar de andere kant van de oerknal.

Ten slotte merkt natuurkundige Fajans op: “Hoe goed de theorie ook is, natuurkunde is nog steeds een experimentele wetenschap.”

Hoang Hai (volgens CERN, UNSF, Reuters)

Bron