作者:RIKEN
信用:CC0公共领域
作为测量质子和反质子荷质比的实验的一部分，瑞士日内瓦欧洲粒子物理研究所的RIKEN领导的BASE合作发现，在实验的不确定性范围内，物质和反物质对重力的反应是相同的
物质和反物质创造了当今物理学中一些最有趣的问题
它们本质上是等价的，只是当一个粒子带正电荷时，它的反粒子带负电荷
在其他方面，它们似乎是等同的
然而，今天物理学最大的谜团之一，被称为“重子不对称”，是尽管它们看起来相当，宇宙似乎完全由物质组成，几乎没有反物质
自然，世界各地的科学家都在努力寻找两者之间的不同之处，这可以解释为什么我们会存在
作为这一探索的一部分，科学家们探索了物质和反物质是否与重力有类似的相互作用，或者反物质是否会以不同于物质的方式经历重力，这将违反爱因斯坦的弱等效原理
现在，BASE的合作已经表明，在严格的界限内，反物质实际上对引力的反应与物质是一样的
发表在《自然》杂志上的这一发现实际上来自一个不同的实验，该实验正在检查质子和反质子的荷质比，这是能够确定两者之间关键差异的其他重要测量方法之一
这项工作包括在欧洲核子研究中心反物质工厂工作18个月
为了进行测量，研究小组将反质子和带负电的氢离子限制在潘宁阱中，他们用它们来代替质子
在这个装置中，粒子遵循一个循环轨迹，其频率接近回旋频率，与阱的磁场强度和粒子的荷质比成比例
通过一次一个地将反质子和带负电的氢离子送入阱中，他们能够在相同的条件下测量这两种粒子类型的回旋频率，比较它们的荷质比
根据该项目的负责人斯特凡·乌尔姆的说法，“通过这样做，我们能够获得一个结果，即它们本质上是等价的，比以前的测量精度高四倍
在标准模型的相对论量子场论中，对于CPT不变性的这个水平，因果性和局部性是成立的
" 有趣的是，该小组使用测量结果来测试一个被称为弱等效原理的基本物理定律
根据这个原理，在没有摩擦力的情况下，同一引力场中的不同物体应该经历相同的加速度
由于BASE实验是在地球表面进行的，质子和反质子回旋频率测量是在地球表面的引力场中进行的，质子和反质子引力相互作用之间的任何差异都会导致回旋频率的差异
通过对地球绕太阳运行时的引力场进行采样，科学家们发现，物质和反物质对引力的反应方式是相同的，高达100分之三，这意味着物质和反物质的引力加速度在经历加速度的97%以内是相同的
乌尔姆补充说，这些测量可能会导致新的物理学
他说，“这项研究中获得的3%的引力相互作用精度，与其他研究小组计划使用自由落体反氢原子测量的物质和物质之间引力相互作用的精度目标相当
如果我们的研究结果不同于其他小组的结果，它可能会导致一个全新的物理学的出现
"
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