Bevestigd: zwaartekracht werkt op antimaterie, ook een anti-appel valt ‘gewoon’ naar beneden

Volgens de overlevering kwam fysicus Isaac Newton, grondlegger van de eerste natuurkundige beschrijving van de zwaartekracht, ruim driehonderd jaar geleden tot zijn inzicht nadat hij in een boomgaard een appel op de grond had zien vallen. Vandaag beschrijven wetenschappers van onderzoeksinstituut Cern in het vakblad Nature voor het eerst dat óók een anti-appel, een appel gemaakt van zogeheten antimaterie, naar beneden zou vallen.

Dat deden ze overigens niet door daadwerkelijk anti-appels te fabriceren, maar door antiwaterstofatomen te laten vallen. ‘Dit is zo’n ongelofelijk knap experiment, hier komen zóveel stappen bij kijken’, zegt fysicus Ivo van Vulpen van natuurkunde-instituut Nikhef. ‘Alle toch al speculatieve theorieën over hoe antimaterie juist naar bóven zou vallen, kunnen door dit resultaat nu definitief de prullenbak in.’

Gespiegelde tegenhangers

Fysici weten al langer dat alle ‘gewone’ deeltjes – de basisbouwsteentjes van alle bekende materie, van bergen tot mieren en mensen – opmerkelijk gespiegelde tegenhangers kennen. Bij zulke antimaterie is vrijwel alles hetzelfde, maar zijn enkele eigenschappen juist gespiegeld, waaronder de elektrische lading.

‘Volgens al onze natuurwetten zou aan het begin van het heelal evenveel antimaterie als gewone materie moeten zijn ontstaan’, zegt Van Vulpen. Wanneer een antimateriedeeltje op z’n reguliere tegenhanger botst, heffen ze elkaars bestaan per direct op en resteert na afloop alleen een toef energie. ‘Dan had dit heelal nu vol energie gezeten, maar waren wij er niet geweest’, zegt hij.

Om te verklaren waarom de mens, de planeet aarde, en alle andere dingen in het heelal uit materie bestaan, moet een natuurkundig mechanisme bestaan dat een voorkeur heeft voor de productie van materie over antimaterie. Vandaar dat fysici graag de voorspelde eigenschappen van antimaterie willen onderzoeken.

Niet aanraken

Zulk onderzoek is praktisch echter zeer moeilijk: je kunt antimaterie wel fabriceren, maar vervolgens mag het niets van gewone materie aanraken, want dan verdwijnt het direct. Je kunt zulke deeltjes slechts in bedwang houden door ze te koelen, zodat ze trager bewegen, en door ze met magneetvelden op hun plek te houden.

Bij het zogeheten Alpha-g experiment in Cern controleerden de fysici of antiwaterstofdeeltjes inderdaad zwaartekracht voelen wanneer je ze loslaat in een buis, en of ze daardoor (naast de snelheid die ze al van zichzelf hebben) naar beneden worden getrokken. Dat bleek het geval. ‘Dat hadden we verwacht. Maar iemand moet toch écht eerst zeggen: dit is moeilijk, maar ik ga het testen’, zegt Van Vulpen. ‘Dan weet je het pas echt zeker.’

Het gedrag van antimaterie moet op details afwijken van de verwachtingen, anders was het heelal zoals we dat kennen er niet geweest. Dankzij het nieuwe experiment is nu zeker dat die afwijking niet schuilt in iets exotisch, zoals naar boven vallen in plaats van naar beneden. ‘Dit is daarvoor de definitieve meting. Antimaterie valt naar beneden, dat is vanaf nu gewoon een feit.’