Přízračné Čerenkovovo záření jaderného reaktoru Advanced Test Reactor. Kredit: Argonne National Laboratory.

Je to klasický problém z pohádek a science-fiction. Jak udělat něco z ničeho? Fyzici se domnívají, že když budou pálit elektricky nabité částice skrz elektromagnetické pole, tak by v podstatě mohli vytvořit světlo z vakua. V principu by tímto způsobem bylo možné testovat kvantovou elektrodynamiku. Potíž je ale v tom, že takový postup za normálních okolností vyžaduje lasery a urychlovače částic, které by byly podstatně výkonnější, než ty dnešní.

Dino Jaroszynski. Kredit: University of Strathclyde.

Fyzik Dino Jaroszynski z britské University of Strathclyde v Glasgow a jeho spolupracovníci ale nedávno navrhli postup, kterým by bylo možné vyždímat z vakua Čerenkovovo záření. Už dlouho je známo, že vysokoenergetické nabité částice mohou vyzařovat světlo, když letí průhledným médiem, jako je voda nebo plyn. V takovém médiu se totiž světlo pohybuje mnohem pomaleji než v prázdném prostoru a částice jako elektron či proton mají díky tomu příležitost se v takovém prostředí pohybovat rychleji než světlo.

Když k tomu dojde, tak částice vytvoří elektromagnetickou rázovou vlnu. Jako když nadzvukový letoun překročí rychlost zvuku. Rozdíl je v tom, že letoun v takovém případě udělá hlučný sonický třesk, zatímco částice vytvoří Čerenkovovo záření. Tenhle jev způsobuje přízračné modré světélkování jaderných reaktorů a také jej využívají detektory v urychlovačích částic.

Jaroszynski a spol. chtějí dostat Čerenkovovo záření z vakua. Jejich trik spočívá v tom, že chtějí vypálit vysokoenergetické nabité částice skrz extrémně intenzivní elektromagnetické pole. Z kvantové teorie vyplývá, že se ve vakuu zjevují a zase mizí virtuální páry částic a antičástic. Extrémně silné elektromagnetické pole tyto částice polarizuje. Díky tomu by z vakua mělo vzniknout něco jako průhledné médium, v němž se světlo pohybuje o něco málo pomaleji, nežli v normálním vakuu. Když badatelé vypálí vysokoenergetické nabité částice vakuem, které bude dostatečně polarizované extrémně silným elektromagnetickým polem, tak by se mělo objevit Čerenkovovo záření.

University of Strathclyde.

Na druhou stranu, detekovat takové Čerenkovovo záření nebude vůbec snadné. Polarizované vakuum totiž podle všeho zbrzdí prolétající fotony jenom velice nepatrně, jen o zcela mizivé zlomky procenta. Naproti tomu voda brzdí světlo o 25 procent. Nemalým problémem je i to, že rotující nebo kmitající nabité částice v elektromagnetickém poli vyzařují synchrotronní záření, které by mohlo do značné míry překrýt případné Čerenkovovo záření.

Existuje také možnost, že bychom mohli pozorovat vznik Čerenkovova záření ve vesmíru. Když by extrémně energetické protony prolétaly intenzivním magnetickým polem pulzaru, tak by podle Jaroszynski a jeho kolegů mohly generovat více Čerenkovova záření nežli synchrotronního záření. Astrofyzici jako Alice Harding z centra NASA Goddard Space Flight Center v Greenbeltu, Maryland, ale namítají, že pulzary podle všeho nevytvářejí mnoho vysokoenergetických protonů, a že částice v magnetickém poli pulzaru rychle ztrácejí energii a pohybují se ve spirále, namísto aby prolétly skrz.

Teď to nevypadá s vyždímáním Čerenkovova záření z vakua příliš dobře. V blízké budoucnosti to ale může být jiné. Na několika místech světa by měly vzniknout velmi výkonné lasery. Vědci také vyvíjejí kompaktní urychlovače částic, které by měly významně usnadnit a zlevnit urychlování částic. S takovými technologiemi pak bude testování kvantové elektrodynamiky a ždímání záření z vakua o poznání snadnější.

Video:  Laser-plasma accelerators and radiation sources by Dino Jaroszynski

Literatura
Science, News 29. 3. 2019.