Antimaterie valt net als gewone materie naar beneden. De hoop dat het antispul omhoog valt, is definitief de grond in geboord. Dat is het saaie, maar niet onverwachte resultaat van een precisie-experiment in de antimateriefabriek bij CERN in Genève.
Het lijkt logisch dat antimaterie net als materie omlaag valt. Materie en antimaterie verschillen namelijk nauwelijks van elkaar. Je kunt ze zien als elkaar spiegelbeeld: als een materiedeeltjes positief geladen is, dan is diens antideeltje negatief geladen en omgekeerd. Zo is de antimateriële tegenhanger van het negatief geladen elektron het positief geladen anti-elektron (positron).
Volgens theoretische modellen is die omgekeerde lading het enige verschil tussen elektronen en positronen. Ze hebben bijvoorbeeld exact dezelfde massa.
‘Einstein liep als theoreticus vast op de nieuwe bevindingen’
Toen de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes iets geks ontdekte over supergeleiding, was dit onder veel fysici het gesprek van de dag. Maa ...
Maar er is reden om te denken dat de huidige theorieën niet helemaal kloppen. Want waarom bestaat het universum uit materie terwijl er volgens de theorie bij de oerknal evenveel materie als antimaterie ontstond? Waar is alle antimaterie heen?
Om hier inzicht in te krijgen, zoeken natuurkundigen naar kleine verschillen tussen materie en antimaterie. Als ze die vinden, dan leidt dat misschien naar een nieuwe theorie die kan verklaren waarom we in een materiewereld leven.
Antimaterie en zwaartekracht
Een manier waarop antimaterie van materie kan verschillen is door anders te reageren op zwaartekracht. Dat zou zich kunnen uiten doordat antimaterie sneller of juist langzamer valt. Of het valt de andere kant op: omhoog.
Natuurkundigen wisten lange tijd niet zeker hoe antimaterie valt. Er is namelijk nauwelijks antimaterie in ons universum, waardoor het lastig is om genoeg bij elkaar te harken voor een experiment. Je kunt niet even een anti-appel pakken om te kijken of die ook op Newtons hoofd zou vallen.
De enige manier om aan voldoende antimaterie te komen, is door het zelf te maken – bijvoorbeeld met de deeltjesversneller LHC bij CERN. De versnelde waterstofkernen (protonen) worden daar in de antimateriefabriek op een blok metaal geknald. Bij die botsing ontstaan onder andere anti-waterstofkernen (antiprotonen). Het is een zorgvuldig klusje om uit het puin van de botsing die antiprotonen te vissen en ze vervolgens voldoende te vertragen zodat er experimenten mee gedaan kunnen worden.
Gevangen antiprotonen
Bij het BASE-experiment in de antimateriefabriek van Cern meten onderzoekers heel nauwkeurig de massa en de lading van die vertraagde anti-protonen. Dan doen ze door ze in een vacuümbuis gevangen te houden, in een kooi van magneetvelden. Door de magneetvelden precies te controleren, kunnen ze de antiprotonen in de buis laten trillen.
Hoe de antiprotonen trillen, hangt af van het zwaartekrachtsveld waar ze in zitten – dat is bij CERN het zwaartekrachtsveld van de aarde – en van de wisselwerking tussen de magneetvelden en de lading van het deeltje. Als je de trillingen dus nauwkeurig genoeg meet, dan kun je de verhouding tussen de lading en de massa van de antiprotonen bepalen.
Die verhouding vergeleken de onderzoekers vervolgens met een negatief geladen waterstofion, een deeltje dat bestaat uit een proton en twee elektronen. Omdat dit waterstofion ook negatief geladen was, konden ze de verhouding tussen de lading en de massa bepalen onder exact zelfde omstandigheden, vertelt onderzoeksleider Stefan Ulmer van het Japanse instituut RIKEN.
De onderzoekers vergeleken in anderhalf jaar meer dan 24.000 trillingen van antiprotonen en waterstofionen. Ze concluderen dat de lading-massa-verhoudingen van protonen en antiprotonen minder verschillen dan 1,6 miljardste van een procent. Dat geeft aan dat ze vrijwel exact hetzelfde reageren op het zwaartekrachtsveld van de aarde.
Het antispul valt dus niet omhoog. Dat betekent dat natuurkundigen elders moeten gaan zoeken naar het mysterieuze verschil waardoor alle antimaterie verdwenen is.
