Pondělí, 19 října
Shadow

Kanadským vědcům se podařilo udržet atomy antivodíku více než čtvrt hodiny a změřit jeho vlastnosti

Mezinárodní tým ALPHA, kterému se podařilo udělat další "velký krok pro lidstvo" ve výzkumu antihmoty, vpravo vzadu profesor Mike Hayden. Zdroj foto: sfu.ca

Kanadskému týmu fyziků se podařilo manipulovat s atomem antivodíku šestnáct minut a provést na něm víc měření, než dosud zvládl kdokoliv jiný.

„Je to první úspěšná interakce s atomem antihmoty,“ prohlásil Mike Hayden, profesor fyziky na Simon Fraser University v Burnaby, B. C., když popisoval výsledky publikované ve středu v časopise Nature.

„Provedli jsme měření, pokusili jsme se nalézt to, co by se dalo nazvat otiskem prstu tohoto atomu. Můžete si to představit jako pokus o komunikaci či manipulaci s antivodíkem.“

Úkol to věru není snadný – udržet existenci antihmoty je velice obtížné, neboť ve chvíli, kdy přijde do styku s hmotou, která tvoří většinu vesmíru, dojde k jejich anihilaci a uvolní se čistá energie v podobě fotonů gama záření.

Antihmota je složená z takzvaných antičástic, jež mají stejnou hmotnost jako odpovídající částice hmoty, nesou však opačný náboj. Například protějškem záporně nabitého elektronu je kladně nabitý pozitron, protonu – antiproton. Jejich existence byla nejprve předpovězena teoreticky anglickým fyzikem Paulem Diracem ve 30. letech minulého století, poté byly objeveny experimentálně. V přírodě se vyskytují například v kosmickém záření nebo při rozpadu radioaktivních jader, doba jejich života je však díky anihilaci velmi krátká. Antičástice mají i své praktické uplatnění, například v jaderné medicíně (více viz například zde).

Součástí nové studie je měření vlastností antivodíku, což je protějšek atomu vodíku, sestávající z antiprotonu a pozitronu. Teoreticky by se neměl nijak lišit od normálního atomu vodíku, teorii je však, jak známo nutno prověřovat pokusem.

Měření šlo provést poté, co byla ve skupině ALPHA – což je mezinárodní skupina vědců, do níž patří Hayden a další Kanaďani – vyvinuta technologie umožňující pomocí magnetické pasti vytvořit a zadržet atomy antivodíku takovým způsobem, aby neměly žádný kontakt se stěnami nádoby, složenými z hmoty.

„Drželi jsme je, aniž bychom se jich vlastně vůbec dotýkali,“ vysvětlil Hayden.

Vědci dokázali udržet antiatomy v pasti po dobu až šestnáct minut – což je dostatečný čas pro to, aby s nimi mohli provádět experimenty.

Srovnání hmoty a antihmoty

Vědci by v ideálním případě rádi získali detailní chemickou charakteristiku antivodíku, aby jej mohli porovnat s vodíkem.

Doufají, že se díky tomu podaří lépe porozumět jedné z největších záhad ve vesmíru – proč je téměř celý složen z hmoty, ačkoli se předpokládá, že v prvních fázích velkého třesku byly hmota a antihmota vytvořeny ve stejném množství.

Odpověď může spočívat v drobných rozdílech mezi vlastnostmi hmoty a antihmoty. Až doposud však vědci neměli k dispozici prostředky, jak je mezi sebou porovnat.

První měření antivodíku naznačuje, že charakteristika atomu antihmoty je velice podobná jeho protějšku ze světa hmoty.

„Nenacházíme žádné výrazné rozdíly. Vypadá jako normální vodíkový atom,“ řekl Hayden.

Zdůrazňuje však, že jde o první, velice hrubé měření, které je pozoruhodné spíše jako důkaz toho, že atomy antihmoty lze vůbec studovat a měřit jejich vlastnosti, než pro výsledky samotné. Neočekávalo se, že rozlišení bude stačit k tomu, aby odhalilo rozdíly mezi hmotou a antihmotou.

„Existují-li tu vůbec nějaké rozdíly,“ dodává Hayden, „všichni sázejí na to, že budou drobné.“

Překlopit a postrčit

V rámci experimentu popsaného v článku byly atomy antihmoty umístěny do pasti a poté zasaženy „správnou“ kombinací magnetického pole a určité frekvence mikrovlnného záření. Vědci vybrali takovou kombinaci, o níž se ví, že na ni reagují i vodíkové atomy.

Atomy vodíku se ve svém nejnižším energetickém stavu přirozeně srovnají s magnetickými poli – což je vlastnost známá jako „spin“. Zdá se, že atomy antivodíku ji taktéž vykazují. Ve skutečnosti se atomy antihmoty potřebují v určitém směru srovnat, aby mohly zůstat v magnetické pasti.

Když jsou atomy vodíku zasaženy správnou mikrovlnnou frekvencí v kombinaci s magnetickým polem, magnety uvnitř atomů se překlopí na druhou stranu. Jakmile k tomu dojde, nejsou už správně srovnané s magnetickým polem pasti. Totéž se děje s atomy antihmoty.

„Jsou doslova vystrčeny ven a narazí do stěny,“ řekl Hayden.

V ten moment dojde k anihilaci, neboť stěna je vyrobena z hmoty. Energii anihilace lze změřit.

Výzkumníci zjistili, že když zvolí „správnou“ kombinaci magnetického pole a frekvence, opustí past s anihilací desetkrát více atomů antihmoty, než když je kombinace „špatná“.

Hayden nicméně poznamenal, že měření nepovažuje za přesná, protože vědci experiment neprováděli systematicky v různých kombinacích podmínek, aby viděli, kdy získají nejsilnější signál.

Nyní jsou vědci v procesu modernizace vybavení, aby mohli experimenty provést přesněji a ve větším rozsahu za použití takových zařízení, jako jsou lasery.

„Chceme naměřit co nejvíce různých vlastností,“ řekl Hayden, „abychom získali co nejpřesnější charakteristiku tohoto atomu.“

Související články: Vědci stvořili antihmotu. Na chvilku

Zdroj: cbc.ca, sfu.ca

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..