Gravedad, materia frente a antimateria

Question

Tengo una pregunta sencilla sobre la interacción gravitatoria materia-antimateria.

Considere el siguiente experimento:

Si imaginamos una masa $m$ y una antimasa $m^-$ girando alrededor de una gran masa $M$ la energía potencial de la masa $m$ debería ser:

$$ U_1=-\frac{GmM}{R} $$

y la energía potencial de la masa $m^-$ debería ser:

$$ U_2=-\frac{GmM}{R} $$

o:

$$ U_2=\frac{GmM}{R} $$

dependiendo del signo de la interacción gravitatoria entre materia y antimateria.

Si las dos partículas se aniquilan en energía, entonces el campo gravitatorio de $M$ interactuará con los fotones emitidos y cambiará su frecuencia.

Pero, como la interacción entre la gravedad y los fotones no tiene nada que ver con la cuestión de la gravedad entre la materia y la antimateria, ¿no podemos utilizar simplemente la interacción entre la gravedad y los fotones, y la conservación de la energía para establecer la naturaleza de la interacción gravitatoria entre la materia y la antimateria?

Answer 1

Es un argumento perfectamente válido y una de las razones por las que todos los físicos que conozco creen que la antimateria se comporta igual que la materia en un campo gravitatorio.

Es importante distinguir entre antimateria, que se conoce bien gracias a innumerables experimentos con colisionadores, y materia negativa (también conocido como materia exótica ), que nunca se ha observado. La antimateria no tiene masa negativa. De hecho, la antimateria no es más que materia perfectamente ordinaria: la consideramos especial sólo porque estamos hechos de materia y, por tanto, sesgada. La materia negativa/exótica es muy diferente. Si existiera, causaría todo tipo de problemas con la conservación de la energía y la estabilidad del universo.

Answer 2

La respuesta corta es que no lo sabemos. Aunque hemos fabricado algunas pequeñas cantidades de antimateria, no ha durado lo suficiente como para medir la muy débil fuerza de la gravedad.

Sin embargo, la gente ha especulado. Aquí hay un largo artículo en Wikipedia al respecto, con argumentos en ambos sentidos.

En la introducción de dicho artículo se afirma

Aunque el consenso entre los físicos es que y la antimateria al mismo ritmo que la materia atrae a la materia, existe una fuerte deseo de confirmarlo experimentalmente.

El experimento mental que describes es uno de los argumentos a favor de este consenso. (busque Phillip Morrison En mi opinión, es un argumento convincente, pero nunca lo sabremos hasta que lo hayamos medido.

Answer 3

También existen limitaciones en el acoplamiento gravitatorio de la antimateria a partir de estudios de mesones neutros. En el Modelo Estándar, los kaones neutros (abajo-antrópico y extraño-antrópico) pueden oscilar entre sí a través de interacciones débiles. Midiendo las desintegraciones del haz de kaones, se pueden establecer restricciones muy precisas sobre la velocidad de la oscilación. Si se añade un acoplamiento gravitatorio extraño al componente de antimateria del mesón, se crean cambios en la oscilación que serían detectables y no se detectan.

Véase Pruebas del principio de equivalencia con kaones neutros para debatir.