Siden slutten av 1900-tallet har astronomer vært klar over data som antyder at universet ikke bare ekspanderer, men utvider seg med en akselererende hastighet. I henhold til den nå aksepterte modellen skyldes denne akselererte ekspansjonen mørk energi, en mystisk frastøtende kraft som utgjør omtrent 73% av universets energitetthet. Nå avslører en ny studie en alternativ teori: at universets utvidelse faktisk skyldes forholdet mellom materie og antimaterie. I følge denne studien frastøter materie og antimaterie gravitasjonelt hverandre og skaper en slags “antigravitet” som kan fjerne det behovet for mørk energi i universet.
Massimo Villata, en forsker fra Observatoriet i Torino i Italia, begynte studien med to hovedantagelser. For det første antydet han at både materie og antimaterie har positiv masse og energitetthet. Tradisjonelt bestemmes gravitasjonspåvirkningen av en partikkel utelukkende av dens masse. En positiv masseverdi indikerer at partikkelen vil tiltrekke seg andre partikler gravitasjonsmessig. Under Villatas antakelse gjelder dette også antipartikler. Så under påvirkning av tyngdekraften tiltrekker partikler andre partikler og antipartikler tiltrekker andre antipartikler. Men hva slags kraft oppstår mellom partikler og antipartikler?
For å løse dette spørsmålet, trengte Villata å innlede den andre antakelsen - at generell relativitet er CPT-invariant. Dette betyr at lovene som regulerer en vanlig materiepartikkel i et vanlig felt i romtid kan brukes like godt på scenarier der ladning (elektrisk ladning og interne kvantetall), paritet (romlige koordinater) og tid er omvendt, som for antimaterie . Når du reverserer likningene av generell relativitet som er ansvarlig, paritet og tid for enten partikkelen eller feltet som partikkelen reiser i, er resultatet a skifte av skilt i tyngdekraften, noe som gjør det negativt i stedet for positivt og antyder såkalt antigravitet mellom de to.
Villata siterte det sjarmerende eksemplet på et eple som falt på hodet til Isaac Newton. Hvis et anti-eple faller på en anti-Earth, vil de to tiltrekke seg og anti-apple å slå anti-Newton på hodet; et anti-eple kan imidlertid ikke "falle" på vanlig gammel jord, som er laget av vanlig gammel materie. I stedet vil anti-eplet fly bort fra Jorden på grunn av tyngdekraftsendring i fortegn. Med andre ord, hvis generell relativitet faktisk er CPT-invariant, ville antigravitet føre til at partikler og antipartikler gjensidig avviser. I mye større skala hevder Villata at universet utvider seg på grunn av denne kraftige frastøtningen mellom materie og antimaterie.
Hva med det faktum at materie og antimaterie er kjent for å utslette hverandre? Villata løste dette paradokset ved å plassere antimaterie langt borte fra materien, i de enorme tomrommene mellom galakse klynger. Det antas at disse hulrommene har stammet fra bittesmå negative svingninger i feltet med urbefestet tetthet og ser ut til å ha en slags antigravitet og avvise all materie bort fra dem. Grunnen til at astronomer faktisk ikke observerer noe antimaterie i hulrommene er fremdeles oppe i luften. I Villatas ord: "Det er mer enn ett mulig svar, som vil bli undersøkt andre steder." Forskningen vises i denne månedens utgave av Europhysics Letters.
