Tuottaisiko antimateria antigravitaation?

Scifi-maailmassa antimateria ja antigravitaatio ovat ”vakio kamaa”, mutta reaalimaailmassa me vielä haparoimme aikatavalla arvausten varassa. Yksi mielenkiintoisimmista kysymyksistä on antigravitaatio. Voisiko sitä saada aikaan kokoamalla antiainetta riittävästi?

Kysymyksen kokeellinen todistaminen on ollut tavattoman vaikeaa johtuen lähinnä siitä, että antiaineen tuottaminen ei ole niitä kaikkein helpoimpia juttuja. Yksittäisiä antihiukkasia¹ kyllä syntyy mutta keveimmänkin aineen, antivedyn, rakentamisessa on valtavasti ongelmia ja siinä on onnistuttu vain hyvin vähäisessä määrässä. Tutkimuskäytössä antiainetta käytetään vuosittain 1–10 nanogrammaa.

Cernin sveitsiläinen ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) -tutkijaryhmä on kuitenkin tarttunut asian tutkimiseen tosimielessä. He pyrkivät tutkimaan sitä, kuinka normaali gravitaatio vaikuttaa kokeissa synnytettyihin antiainehiukkasiin. Tehtävää varten antihiukkasia pitäisi pystyä säilyttämään riittävän pitkään, jotta gravitaation vaikutukset tulisivat selvästi esille. Antihiukkasten pyydystäminen ja sulkeminen magneettiseen loukkuun onnistui muutama vuosi sitten ja nykyisin antihiukkasten säilyttäminen onnistuu jopa 1 000 sekunnin ajan. Loukussa on tyhjiö ja magneettikentät estävät antihiukkasia törmäämästä astian seinämiin.

Tutkijaryhmä sulki magneettiseen loukkuun kaikkiaan 434 antivety atomia. Tutkimuksessa vapautettiin atomit ja katsottiin niiden tuhoutumisen (annihilaatio²) fyysinen sijainti. Tuhoutumispaikkoja käsiteltiin tilastollisin menetelmin. Tulos oli, että antivetyatomit olivat hieman alle 110-kertaisesti herkempiä ja vähemmän kuin 65-kertaisesti epäherkempiä (joka merkitsisi antigravitaatiota) painovoimalle kuin tavallinen aine. Tulos on sen verran sekava, että sillä yksittäisenä kokeena tuloksesta ei pystytä sanomaan antigravitaatiosta yhtään mitään.

Jos kysymyksessä olisi pesäpallon massaiset hiukkaset, kokeen tulos olisi varmasti hyvin yksiselitteinen. Kyseessä oli kuitenkin kevein mahdollinen atomi (yksi protoni ja yksi elektroni), johon muut mahdollisesti vaikuttavat voimat peittävät gravitaation tai antigravitaation vaikutukset alleen, gravitaatio kun on muihin luonnon perusvoimiin verrattuna hyvin heikko voima.

---

[1] Antihiukkasilla ymmärretään tavallisten hiukkasten massaisia mutta sähkövaraukseltaan ja kvanttiluvuiltaan vastakkaisia hiukkasia. Esimerkiksi antiprotonin sähkövaraus on negatiivinen ja sen lisäksi baryoniluku (B) on vastakkainen (protoni B= 1 ja antiprotonilla B=–1). Elektroneilla ja positroneilla ero on vain sähkövarauksessa.

[2] Hiukkasten ja antihiukkasten kohdatessa ne tuhoavat toisensa täydellisesti. Tuloksena on vain energiaa sähkömagneettisen säteilyn muodossa. Tapahtumaa kutsutaan annihilaatioksi.