První svazek antivodíku pro hyperjemnou spekroskopii  
V CERNu se na experimentu ASACUSA chystají s hyperjemnou spektroskopií antivodíku vyzvat k souboji trýznivou záhadu baryonové asymetrie. Přijdeme konečně na to, proč je v našem vesmíru mnohem víc hmoty než antihmoty?



 

Zvětšit obrázek
Experiment ASACUSA. Kredit: CERN.

Čistě teoreticky, Velký třesk měl vytvořit stejné množství hmoty a antihmoty. Jenomže všude okolo nás naprosto převažuje hmota. Nepoměr mezi hmotou a antihmotou v pozorovaném vesmíru, čili baryonová asymetrie, je velikou záhadou, jednou z největších a nejtrýznivějších v současné fyzice. Pokud ale někdo po antihmotě doopravdy touží, tak si ji naštěstí už může vyrobit v laboratoři, přinejmenším v její jednoduché podobě. V CERNu se už zjevně během dlouhé technické odstávky jejich vlajkové lodi LHC nudí, a tak nedávno pustili médiím zprávu právě o významném pokroku ve výrobě antihmoty.

 

Zvětšit obrázek
Yasunori Yamazaki. Kredit: RIKEN.


Tým experimentu ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons), jehož akronym připomíná ponejvíc nějaké nelítostné démony ze severu Japonska, vůbec poprvé vytvořil celý svazek atomů antivodíku. Dělali to tak, že míchali antielektrony, čili pozitrony s nízkoenergetickými antiprotony, které v CERNu vyrábí Antiproton Decelerator. Badatelé v časopisu Nature Communications oznamují věrohodnou detekci celkem 80 antivodíků, což na rozjezd technologie není zase tak úplně špatné.

 

Zvětšit obrázek
Antiproton Decelerator s experimenty ALPHA, ATRAP a ASACUSA. Kredit: Mikkel D. Lund, Wikimedia Commons.


Proč je tak důležité vyrábět antihmotu? Především, je to cool, hodně moc. Zkuste přátelům vyprávět, že jste v práci vyrobili antihmotu. Antihmotu lze ale využít i jinak, než ke zvýšení prestiže. Mimo jiné s ní můžete uskutečnit nesmírně zajímavé experimenty, které se dotýkají podstaty vesmíru, jako je hyperjemná spektroskopie antivodíku. Mainstreamová fyzika předpovídá, že by spektra vodíku a antivodíku měla být zcela identická. Pokud mezi nimi vědci s hyperjemnou spektroskopií objeví sebenepatrnější rozdíl, tak to bude buď chyba anebo poslední dobou tolik očekávaný průlom do nové fyziky. Vodík obsahuje jen dvě částice, takže jde o ten nejjednodušší atom, velmi důkladně zkoumaný po dlouhá desetiletí. Srovnání spekter vodíku a antivodíku v dnešní době představuje jednu z nejlepších příležitostí k testování stále záhadami obklopené symetrie mezi hmotou a antihmotou. A k tomu je potřeba spousta antivodíku.

 

Zvětšit obrázek
Antivodík a vodík. Kredit: NSF, Wikimedia Commons.


Není tajemstvím, že když se setká hmota s antihmotou, tak se navzájem anihilují. Ano, doma to raději nezkoušejte. Když fyzici vyrábějí antiatomy, tak je hlavně musejí udržet stranu od běžných atomů. Přitom využívají magnetických vlastností antivodíku, které jsou vlastně srovnatelné s vodíkem. Lapají antivodík ve velice silných magnetických polích a obvykle se ho v nich snaží udržet tak dlouho, aby mohli antihmotu studovat. Aby to ale nebylo moc jednoduché, tak silná magnetická pole rozrušují spektroskopické charakteristiky atomů i antiatomů.


Šéf týmu ASACUSA, Yasunori Yamazaki z japonského RIKEN a jeho spolupracovníci proto vyvinuli novou technologii studia antivodíku mimo silná magnetická pole. Byla to prý doopravdová výzva, protože atomy antivodíku nenesou žádný náboj, který by bylo možné při přesunu využít. Vědci to nicméně dokázali, uvařili nějaký antivodík a teď už pracují na ještě výkonnější technologii přípravy antivodíku pro hyperjemnou spektroskopii (in-flight hyperfine spectroscopy). Chystají se vyladit intenzitu a kinetickou energii vytvořených svazků atomů antivodíku a lépe porozumět jejich kvantovému stavu.


Nelze přehlédnout, že experimenty s antihmotou v posledních letech v CERNu nabírají obrátky. Na experimentu ALPHA v roce 2011 polapili 309 atomů antivodíku na 1 000 sekund a v roce 2012 pozorovali hyperjemné přechody polapených antiatomů. V roce 2013 zase na experimentu ATRAP poprvé přímo změřili magnetický moment antiprotonu. V CERNu před pár lety plánovali, že až zdejší výroba antihmoty bude plně funkční, tak v ideálním případě vyrobí deset milionů atomů antivodíku za minutu. Tímto tempem budou mít gram antivodíku za nějakých 100 miliard let.

 

 




Literatura

CERN News 21. 1. 2014, Nature Communications 5: 3089, Wikipedia (Antihydrogen, Antiproton Decelerator)

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 06.02.2014 17:09
Tisk článku

Čerň a stříbro - Giordano Paolo
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 229 Kč
cena: 194 Kč
Čerň a stříbro
Giordano Paolo

Diskuze:

Z čeho víme,

Vladimír Wagner,2014-02-06 22:13:13

Odpovědět


Vladimír Wagner,2014-02-06 22:25:27

že v našem vesmíru není dostatek (stejné množství) antihmoty jako hmoty? Je pravda, že z elektromagnetického záření hvězd, které detekujeme, nelze rozlišit, zda jde o hmotu nebo antihmotu. Ovšem, pokud by nějaká hvězda či hvězdný systém byl z antihmoty probíhala by na rozhraní částí z hmoty a antihmoty anihilace a detekovali bychom gama záření, které by bylo produktem této anihilace. Z toh, že takové záření gama nepozorujeme, je známkou, že v námi pozorovaném vesmíru nejsou do velmi velkých vzdáleností rozhraní mezi částmi z hmoty a antihmoty.

Odpovědět


Petr Jíčínský,2014-02-06 23:21:45

V prostředí, kde je pár atomů vodíku na kubický centimetr? Neutrální atomy (molekuly) si samy sebe nevšímají a těch pár anihilací zlikviduje pozadí kosmického záření. Já netvrdím, že je vesmír půl na půl, jen se mi zdá tento důkaz nedostatečný.

Odpovědět


Vojtěch Kocián,2014-02-07 08:20:49

Pokud se hmota a antihmota gravitačně přitahují (což zatím není ověřené, experiment ALPHA ani podobné dosud jasné výsledky nedaly), tak by srážky byly na denním pořádku a nejspíš by byl pro jednu nebo druhou formu hmoty problém zformovat objeky jako jsou hvězdy nebo planety, které musejí být složené jen z jednoho typu.

Nedávno tu pan Brož v diskuzi počítal množství srážek atomů při prolínání dvou vodíkových mračen
http://www.osel.cz/index.php?clanek=7414&akce=show2&dev=1#diskuze
Výsledek byl, že pokud jsou mračna dost velká, bude srážek tolik, že uvidíme zvýšení teploty mračen jako rentgenové záření. Kdyby bylo jedno z mračen z hmoty a druhé z antihmoty, bude to svítít v gamma oblasti poměrně výrazně a navíc to zbytky hmoty a antihmoty rozmetá po okolí místo aby se shlukly a možná někdy vytvořily hvězdu. A to počítal s jedním vodíkovým atomem na kubický metr, pár atomů na kubický centimetr by bylo dost husté mračno. Musíme si uvědomit, že vesmír je sice hodně řídký, ale na druhou stranu tak obrovský, že těch srážek nebude tak málo, aby se ztratily na pozadí.

Kdyby se hmota s antihmotou odpuzovaly, možná by došlo k tomu, že by se od sebe vzdálily natolik, že bychom nic nepozorovali a možná už je celá antihmotová část vesmíru tak daleko, že ji prostě nevidíme. To je však jen hodně divoká spekulace.

Odpovědět


Ta hustota je dostatečná,

Vladimír Wagner,2014-02-07 09:57:07

Vojtěch Kocián správně připomněl ten nedávný článek o temné hmotě. I v něm je vidět, že i tak extrémně malé hustoty stačí na to (při objemech prostoru, kterého se to týká), abychom viděli velice dobře identifikovatelné zdroje gama záření s charakteristickými energiemi (např 511 keV z anihilace elektronu a pozitronu. Ke srážkám nejen atomů (část hmoty je ve formě plazmy - tedy elektronů a iontů).

Odpovědět

Petr Jíčínský,2014-02-06 21:21:40

V případě, že "Mainstreamová fyzika předpovídá, že by spektra vodíku a antivodíku měla být zcela identická" z čeho tedy pramení dojem, že ve vesmíru není dostatek antihmoty?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni