В соответствии с теорией относительности Эйнштейна гравитация не делает различий между материей и антиматерией, и всё должно падать одинаково.
Однако физика не устанавливает правила, а лишь описывает их. Анна Сотер, физик из Цюрихской высшей технической школы, отметила, что сделан важный шаг к проведению эксперимента, цель которого — измерить гравитационное взаимодействие мюона.
Для этого исследователям нужен мюоний — короткоживущая атомоподобная частица, состоящая из положительно заряженного антимюона и отрицательно заряженного электрона. Почти вся масса мюония приходится на его антивещественный компонент.
В 2023 году эксперимент показал, что антиводород (антипротон в паре с позитроном) падает на Землю так же, как и обычная материя. Это было новаторским открытием, но протоны и антипротоны не считаются фундаментальными частицами, поскольку это сложные объекты, состоящие из кварков, а антимюон — элементарная частица, принадлежащая ко второму поколению фундаментальных частиц.
Поэтому гравитационный эксперимент с мюонием привёл бы к переходу на территорию свободного падения, которую не удавалось исследовать ни в одном другом эксперименте.
Мюоний очень хорошо подходит для этого, потому что это нейтральный атом.
Отмечается, что мюоний распадается около 2,2 микросекунды. Чтобы провести эксперимент, нужно начать с большого количества мюония, чтобы достаточное его количество сохранялось достаточно долго для измерения после падения.
Существующие мюониевые источники не очень хороши в этом, поскольку создают рассеянные тепловые лучи, распыляющие атомы в широком диапазоне углов и скоростей.
Исследователи придумали другой план — запустить антимюоны в слой сверхтекучего гелия, охлаждённого примерно до 0,2 Кельвина, где антимюоны быстро теряют энергию и останавливаются прямо под его поверхностью.
Там антимюон может подхватить электрон, который остался на его пути, когда он пролетел сквозь гелий, образуя мюоний. Сверхтекучая жидкость делает нечто чрезвычайно полезное, поскольку мюонию не нравится находиться внутри сверхтекучего гелия, и взаимодействие между ними придаёт мюонию дополнительную энергию, эффективно выталкивая новообразованные атомы к поверхности.
Когда они достигают её, они вырываются в вакуум наверху со скоростью, во многом определяемой этим энергетическим всплеском, в отличие от случайного теплового движения.
В результате получается упорядоченный поток мюония, вылетающий со скоростью около 2,2 километра в секунду с гораздо меньшим разбросом скоростей.
Однако эксперимент ещё не совсем готов к измерению того, как гравитация воздействует на частицы, поскольку луч в данный момент направлен не в ту сторону: сверхтекучий гелий выбрасывает мюоний вертикально вверх, а чтобы измерить его ускорение под действием силы тяжести, исследователям нужно, чтобы частицы перемещались горизонтально.
