艾萨克·牛顿对万有引力的历史性研究显然是受到了苹果从树上掉到地上的启发。但是，如果一个由反物质构成的“反苹果”存在的话，它会以同样的方式下落吗?根据阿尔伯特·爱因斯坦久经考验的广义相对论，现代引力理论、反物质和物质应该以同样的方式落到地球上。但是，是它们，还是除了重力之外，还有其他影响它们自由落体的长期力量?
在《自然》杂志上发表的一篇论文中，欧洲核子研究中心反物质工厂的ALPHA合作项目表明，在他们精确的实验范围内，反氢原子——一个正电子绕着一个反质子旋转——以与它们的物质等量物相同的方式落到地球上。
“在物理学中，除非你观察到它，否则你不会真正了解它，”ALPHA发言人杰弗里·汉格斯特说。“这是第一个直接观察到引力对反物质运动的影响的实验。这是反物质研究的一个里程碑，由于反物质在宇宙中明显不存在，我们仍然感到困惑。”
重力是任何两个有质量的物体之间的吸引力。它是自然界四种基本力中最弱的一种。反氢原子是电中性的、稳定的反物质粒子。这些特性使它们成为研究反物质引力行为的理想系统。
ALPHA合作项目利用反物质工厂的AD和ELENA机器产生并减速的带负电荷的反质子，将它们与从钠-22源积累的带正电荷的正电子结合，从而产生反氢原子。然后，它将中性(但带有轻微磁性)的反物质原子限制在一个磁阱中，防止它们与物质接触并湮灭。
到目前为止，该团队一直专注于ALPHA-2设备的光谱研究，将激光或微波照射到反氢原子上，以测量它们的内部结构。但ALPHA团队还建造了一个名为ALPHA-g的垂直设备，该设备于2018年接收了第一个反质子，并于2021年投入使用。“g”表示局部重力加速度，对于物质来说，大约是9.81米每秒的平方。一旦陷阱的磁场关闭，反氢原子就会与物质湮灭，从而使原子逃逸，这种装置可以测量反氢原子与物质湮灭的垂直位置。
这正是ALPHA研究人员在他们的新调查中所做的，此前他们在2013年对原始ALPHA装置进行了原理验证实验。他们捕获了大约100个反氢原子，一次捕获一组，然后在20秒的时间内通过逐渐降低陷阱顶部和底部磁铁中的电流来缓慢释放这些原子。对ALPHA-g装置的计算机模拟表明，对于物质来说，这种操作将导致大约20%的原子从阱的顶部离开，80%的原子从阱的底部离开，这是由向下的重力造成的差异。通过平均七次释放试验的结果，ALPHA团队发现反原子从顶部和底部流出的比例与模拟结果一致。
完整的研究包括对不同值的额外“偏置”磁场重复实验几次，这可能会增强或抵消重力。通过分析来自“偏差扫描”的数据，研究小组发现，在当前实验的精度范围内(约为g的20%)，反氢原子的加速度与我们熟悉的物质与地球之间的引力是一致的。
杭斯特说:“我们花了30年的时间来学习如何制造这种反原子，如何牢牢抓住它，如何很好地控制它，以便我们能够以一种对重力敏感的方式把它放下。”“下一步是尽可能精确地测量加速度，”Hangst继续说道。“我们想测试物质和反物质是否确实以同样的方式下落。我们首先在ALPHA-2中演示了反氢原子的激光冷却，并将在2024年返回ALPHA-g时实施，预计将对精度产生重大影响。”
欧洲核子研究中心的反物质工厂是世界上生产和研究反物质的独特设施。该设施的另外两个实验，AEgIS和GBAR，与ALPHA的目标是高精度地测量原子反物质的引力加速度。反物质工厂也在进行基础实验。它的主要重点是高精度地比较质子和它的反物质孪生体的性质，最近还比较了这两个粒子的引力行为。
