近一個世紀以來，反物質一直令物理學家感到好奇和困惑，而重力對反物質的影響一直是個分歧點。新的研究發現，反氫原子（氫的反物質對應物）受引力的影響與其物質對應物相同，排除了存在排斥性”反引力”的可能性，從而可能解決了這一爭論。

十七世紀，艾薩克-牛頓在觀看了蘋果從樹上掉落的過程後，提出了他的萬有引力理論。幾個世紀後，阿爾伯特-愛因斯坦提出了廣義相對論，該理論至今仍是對萬有引力最成功、最經得起檢驗的描述。然而，反物質卻不為愛因斯坦所知。

1928 年，英國物理學家保羅-狄拉克（Paul Dirac）提出理論，認為每種粒子都存在相應的反粒子，並預言了正電子（或反電子）的存在。從那時起，關於引力和反物質之間的相互作用就有了很多猜測，有人認為反物質被引力排斥，也有人認為它被引力所吸引。

歐洲核子研究中心（CERN）的反氫雷射物理裝置（ALPHA）合作組織的一項新研究可能已經解決了這一爭論，該研究發現反氫原子（氫的反物質對應物）落到地球上的方式與其物質對應物相同。

這項研究的通訊作者杰弗裡-杭斯特（Jeffrey Hangst）說：”在物理學中，只有通過觀察才能真正了解某些東西。這是首次直接觀察到引力對反物質運動影響的實驗。這是反物質研究中的一個里程碑，由於反物質在宇宙中明顯不存在，它仍然讓我們感到神秘。”

ALPHA 實驗涉及在捕獲裝置中製造、捕獲和研究反氫原子。反氫原子是電中性和穩定的反物質粒子，因此非常適合研究反物質的引力行為。反氫是由反質子和正子這兩種反粒子組合而成的。反質子是一種亞原子粒子，質量與質子相同，但帶有負電荷。

ALPHA團隊最近建造了一個名為ALPHA-g的垂直儀器，其中的”g”表示當地的重力加速度，對於物質而言，重力加速度為32.2英尺/秒2（9.81米/秒2）。ALPHA-g 可以測量反氫原子與相應物質相遇時的垂直位置–這個過程被稱為湮滅–一旦捕獲器的磁場關閉，原子就會逃逸。

研究人員每次捕獲一組約100 個反氫原子。然後，他們透過逐漸減小頂部和底部捕獲器磁鐵中的電流，在20 秒內緩慢釋放原子。根據電腦模擬預測，20% 的原子將從陷阱頂部釋放，80% 的原子將從底部釋放，這一差異是由重力向下效應造成的。研究人員對七次釋放試驗的結果進行了平均，發現反原子從頂部和底部流出的比例與模擬結果一致。也就是說，反氫原子的下落方式與氫原子在1克（即正常重力）下的下落方式相同。

利用ALPHA-g 儀器，研究人員有效地重現了伽利略著名的重力實驗。根據傳說，這位義大利科學家從比薩斜塔頂端投下不同重量的鐵球，它們同時落地，這表明重力會使不同質量的物體以相同的加速度下落。

研究人員表示，他們的發現排除了存在排斥性”反引力”的可能性，但目前的研究僅僅標誌著對反物質引力性質進行詳細、直接研究的開始。

Hangst 說：”我們花了30 年的時間才學會如何製造這種反原子，如何抓住它，以及如何很好地控制它，以至於我們能夠以一種讓它對引力敏感的方式將它實際投放下去。下一步是盡可能精確地測量加速度。我們想測試物質和反物質是否真的以同樣的方式墜落。”

這項研究發表在《自然》雜誌上，在下面這段由歐洲核子研究中心製作的影片中，傑弗裡-杭斯特解釋了ALPHA-g的工作原理、反物質引力實驗的原因和結果。