Trong ngữ cảnh: Phản vật chất là chất được cấu tạo từ các phản hạt có điện tích trái dấu so với các hạt tương ứng trong vật chất “thông thường”. Mặc dù có bản chất trái ngược nhau, phản vật chất và vật chất sẽ hành xử giống nhau khi tương tác với các lực cơ bản khác của tự nhiên, như trọng lực. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phải vật lộn để chứng minh điều đó.
Gần đây công bố thí nghiệm tại CERN xác nhận rằng Einstein đã đúng; phản vật chất phản ứng với các lực tự nhiên giống như vật chất. Đó là một giả thuyết hợp lý, nhưng các nhà khoa học đã phải vật lộn để chứng minh nó trong nhiều thập kỷ – cho đến tận bây giờ.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thí nghiệm Thiết bị Vật lý Laser Phản Hydro (ALPHA) để bẫy, chứa và để các nguyên tử phản Hydro thoát ra ngoài, quan sát xem chúng đang rơi xuống hay rơi lên. Hầu hết các phản nguyên tử cuối cùng đều rơi xuống, do đó chứng tỏ rằng lực hấp dẫn tác động lên phản vật chất giống như vật chất.
Các nhà vật lý trong phòng thí nghiệm ALPHA đã tạo ra các nguyên tử phản hydro tại CERN, nơi duy nhất trên thế giới mà những nguyên tử phản vật chất “đơn giản hơn” này có thể được sản xuất và chứa đựng một cách đáng tin cậy. Thí nghiệm liên quan đến việc bắn một máy gia tốc để tạo ra phản proton từ các va chạm proton tốc độ cao. Sau đó, nó sử dụng một “bộ giảm tốc” gọi là ELENA để làm chúng chậm lại. Các phản proton sau đó được kết hợp với các positron, vốn là các phản electron tích điện dương, để tạo ra các nguyên tử phản hydro.
Các nguyên tử phản vật chất sau đó được “đẩy” tới một trục thẳng đứng cao 3 mét được bao quanh bởi các cuộn dây điện từ siêu dẫn. Các nam châm giữ các phản nguyên tử tại chỗ, tránh tiếp xúc với vật chất thông thường, điều này có thể dẫn đến sự giải phóng năng lượng và sự hủy diệt vật chất-phản vật chất. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu dần dần suy yếu cường độ từ trường ở phía trên và phía dưới trục, phát hiện các phản nguyên tử bằng hai cảm biến khi chúng thoát ra khỏi hai “lỗ” trong bẫy từ của chúng.
Thí nghiệm đã chứng minh rằng hầu hết các phản nguyên tử (khoảng 80%) đều thoát ra khỏi đáy bẫy, một sự bất đối xứng mà các nhà nghiên cứu cho rằng là do “lực hấp dẫn hướng xuống”. Thuyết tương đối rộng của Einstein dự đoán rằng vật chất và phản vật chất có hành vi giống nhau trong các tương tác hấp dẫn. Tuy nhiên, giả thuyết này rất khó kiểm tra vì ảnh hưởng của trọng lực yếu hơn nhiều so với các lực tự nhiên khác, chẳng hạn như lực điện từ.
Sự hợp tác ALPHA cuối cùng đã chứng thực các phép đo gián tiếp trước đây về tương tác phản vật chất với lực hấp dẫn. Hơn nữa, thí nghiệm loại trừ một lời giải thích khả dĩ cho sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất. Các định luật vật lý dự đoán rằng hai loại vật chất này sẽ tồn tại với số lượng như nhau, nhưng những quan sát trực tiếp không ủng hộ lý thuyết đó.
Một giả thuyết cho rằng lực hấp dẫn có thể đã đẩy phản vật chất trong Vụ nổ lớn, khiến phản vật chất “tăng lên” trong khi vật chất thông thường “giảm xuống”. Thí nghiệm ALPHA bác bỏ lời giải thích này. Ngoài việc xác nhận tính đúng đắn của Thuyết tương đối rộng và Mô hình chuẩn của vật lý hạt một lần nữa, thử nghiệm CERN có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về bản chất hấp dẫn của phản vật chất.