Fyzmatik | Antihmota na 170 milisekund

Podle magazínu Nature se podařilo vědcům Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) vytvořit zlomky sekund existující antihmotu. Tu sice teoreticky  předpověděl už v roce 1931 Paul Dirac a hned v 1932 fyzikové z CALTECHu objevili antielektron (pozitron), ale první antiatomy vodíku se podařilo v CERN zaregistrovat až v roce 1995. Od té doby se sice vyrobilo velké množství antiatomů antivodíku (složeného z antiprotonů a pozitronů), ale nedařilo se je na delší dobu uvěznit, aby byly více prozkoumány.
Minulý týden vytvořili  vědci z CERN 38 antiatomů antivodíku,  které vznikly interakcí asi 10 miliónů antiprotonů se 700 miliony pozitronů. Měřením bylo zjištěno 38 anihilací, které dokázaly existenci nejméně 38 antiatomů. Ty se podařilo udržet po dobu rekordních 170 milisekund.  

Na výzkumu antihmoty je v CERN zaměřen experiment ALPHA. V něm  pomocí silných magnetických polí  manipulují vědci s elektricky nabitými antiprotony a pozitrony v Penningových pastích, aby je udrželi daleko od stěn nádoby. Zde probíhají jejich vzájemné interakce. Antiprotony jsou přitom získávány z hlavního urychlovače CERN a pozitrony vznikají z rozpadu radioaktivního izotopu sodíku 22Na. Protože se jedná o srážky při tzv. nízkých energiích je nutné magnetické zachycení a zpomalení antiprotonů i vnější chlazení tekutým heliem obou druhů částic, díky čemuž se antivodík pohybuje velmi pomalu.

V magnetickém poli není problém udržet antiprotony či pozitrony, ale když se spojí, vznikne neutrální atom antivodíku a tento atom už není možné držet v prostoru  elektrickými silami, když má nulový elektrický náboj. Ale má nenulový magnetický moment, který jej umožňuje uvěznit po dobu zlomků sekundy. Princip Pennigovy pasti se však kombinuje se zařízením, které se snaží vzniklé antiatomy v centrální části na chviličku před jejich zánikem uchránit. Používá se speciálně upravená válcovitá osmipólová Ioffeho–Pritchardova past, používaná při studiu Boseho-Einsteinova kondenzátu.

Částicoví fyzici tak nyní mohou lépe zkoumat, jak vesmír vypadal krátce po velkém třesku.Na počátku vesmíru totiž vznikla nejen hmota, ale i antihmota  a zůstává záhadou, proč všechny takové částice spolu neanihilovaly a ve vesmíru nezůstalo jen čisté záření. Svět hmoty, který nás obklopuje, je však důkazem, že z nějakého důvodu hmota nakonec nad antihmotou převážila.

Výsledky letošních experimentů projektu ALPHA představují první výraznější úspěch – 38 antivodíkových atomů pobylo v našem hmotném světě asi 170 milisekund. Nadále se vědci budou snažit vyrobit větší množství antivodíku a bude potřeba pracovat na delším udržení atomů v prostoru. Cílem výzkumu bude změřit jejich spektrální čáry a porovnat je s vodíkem. Měření musí být velmi přesné, řádově se může lišit až na 15. místě za desetinnou čárkou. To znamená, že bude do budoucna potřebné udržet antiatomy ještě déle než dosud.

 Více na: alpha.web.cern.ch/...