Sinds het einde van de 20e eeuw zijn astronomen op de hoogte van gegevens die suggereren dat het universum niet alleen uitbreidt, maar ook versnelt. Volgens het momenteel geaccepteerde model is deze versnelde expansie het gevolg van donkere energie, een mysterieuze afstotende kracht die ongeveer 73% van de energiedichtheid van het universum uitmaakt. Nu onthult een nieuwe studie een alternatieve theorie: dat de uitbreiding van het universum eigenlijk te wijten is aan de relatie tussen materie en antimaterie. Volgens deze studie stoten materie en antimaterie elkaar gravitationeel af en creëren ze een soort 'antizwaartekracht' die de behoefte aan donkere energie in het universum zou kunnen wegnemen.
Massimo Villata, een wetenschapper van het Observatorium van Turijn in Italië, begon de studie met twee belangrijke aannames. Ten eerste stelde hij dat zowel materie als antimaterie een positieve massa en energiedichtheid hebben. Traditioneel wordt de zwaartekrachtinvloed van een deeltje uitsluitend bepaald door de massa. Een positieve massawaarde geeft aan dat het deeltje gravitationeel andere deeltjes zal aantrekken. In de veronderstelling van Villata geldt dit ook voor antideeltjes. Dus onder invloed van zwaartekracht trekken deeltjes andere deeltjes aan en antideeltjes trekken andere antideeltjes aan. Maar wat voor soort kracht treedt er op tussen deeltjes en antideeltjes?
Om deze vraag op te lossen, moest Villata de tweede veronderstelling invoeren: dat de algemene relativiteitstoestand niet variabel is. Dit betekent dat de wetten die een deeltje van een gewone materie in een gewoon veld in de ruimtetijd regelen even goed kunnen worden toegepast op scenario's waarin lading (elektrische lading en interne kwantumgetallen), pariteit (ruimtelijke coördinaten) en tijd worden omgekeerd, net als voor antimaterie . Als je de vergelijkingen van algemene relativiteitstheorie, pariteit en tijd voor omdraait een van beide het deeltje of het veld waarin het deeltje reist, het resultaat is een verandering van teken in de zwaartekrachtterm, waardoor het negatief is in plaats van positief en impliceert de zogenaamde zwaartekracht tussen de twee.
Villata haalde het bijzondere voorbeeld aan van een appel die op Isaac Newton's hoofd viel. Als een anti-appel op een anti-aarde valt, zullen de twee elkaar aantrekken en zal de anti-appel anti-Newton op het hoofd raken; een anti-appel kan echter niet 'vallen' op de gewone oude aarde, die is gemaakt van gewone oude materie. In plaats daarvan zal de anti-appel wegvliegen van de aarde vanwege de verandering in teken van de zwaartekracht. Met andere woorden, als algemene relativiteit in feite CPT-onveranderlijk is, zou zwaartekracht ervoor zorgen dat deeltjes en antideeltjes elkaar wederzijds afstoten. Op veel grotere schaal beweert Villata dat het universum uitdijt vanwege deze krachtige afstoting tussen materie en antimaterie.
Hoe zit het met het feit dat bekend is dat materie en antimaterie elkaar vernietigen? Villata loste deze paradox op door antimaterie ver van de materie te plaatsen, in de enorme holtes tussen clusters van sterrenstelsels. Deze holtes worden verondersteld te zijn voortgekomen uit minuscule negatieve fluctuaties in het primordiale dichtheidsveld en lijken een soort zwaartekracht te bezitten, waardoor alle materie ervan wordt afgestoten. Natuurlijk is de reden waarom astronomen geen antimaterie in de holtes waarnemen, nog steeds in de lucht. In Villata's woorden: "Er is meer dan één mogelijk antwoord, dat elders zal worden onderzocht." Het onderzoek verschijnt in de editie van Europhysics Letters van deze maand.
