Jak snadno a rychle vyrobit antihmotu s pomocí  laserových kleští?  
Laserové kleště tvořené dvěma protilehlými laserovými paprsky by mohly v bloku plastu vytvářet paprsek pozitronů, čili antihmoty, o vysokých energiích. Taková technologie by přitom fungovala i v menších fyzikálních zařízeních a nebyly k tomu nutné monumentální urychlovače typu LHC v CERNu.
Simulace laserových kleští. Kredit: Toma Toncian. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Simulace laserových kleští. Kredit: Toma Toncian. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Řada záhad kosmologie se točí kolem antihmoty. Na první pohled nejde o nic komplikovaného. Antihmota je jako hmota a tvoří ji prakticky stejné částice. Od hmoty se liší jen tím, že tyto částice mají opačný náboj. Problém je v tom, že antihmota je v našem vesmíru velmi vzácná a její výroba v laboratoři je velmi komplikovaná.

 

Antihmota obvykle vzniká při extrémních jevech, jako jsou údery blesků anebo na extrémních místech, jako jsou neutronové hvězdy. Vyrábět jsme ji prozatím dokázali jen na mohutných urychlovačích, což je velmi nákladné. Alexey Arefiev z americké University of California, San Diego a jeho spolupracovníci navrhli nový postup, s nímž bude možné vyrábět antihmotu v menších laboratořích. Tím by se tato substance měla stát mnohem dostupnější pro experimenty.

 

Alexey Arefiev. Kredit: UC San Diego.
Alexey Arefiev. Kredit: UC San Diego.

Badatele inspirovala extrémní astrofyzika, procesy probíhající na rychle rotujících neutronových hvězdách, pulsarech. Navrhli zařízení, jehož klíčovým prvkem je malý blok plastu, protkaný mikrometrovými kanálky. Na tento blok plastu směřují z protilehlých směrů dva intenzivní laserové paprsky, které tím pádem doslova drží plast v laserových kleštích.

 

Když laserové paprsky zasáhnou plast, tak každý z nich v tomto plastu urychlí oblak elektronů, který se v příštím okamžiku srazí s oblakem elektronům přilétajícím od protilehlého laserového paprsku. Srážka oblaků elektronů vytvoří spoustu fotonů gama záření, které jsou směrovány kanálky v bloku plastu a díky tomu se také hojně srážejí mezi sebou.

 

V důsledku těchto srážek vzniknou částice hmoty a antihmoty, v podobě elektronů a pozitronů. Magnetická pole v okolí bloku plastu soustředí pozitrony do podoby paprsku antihmoty a urychlí je na hodně vysoké energie. Jak uvádí Arefiev, podobné procesy podle všeho probíhají v magnetosféře pulsarů.

 

Logo. Kredit: University of California, San Diego.
Logo. Kredit: University of California, San Diego.

S navrženým postupem bude možné tyto jevy napodobit v laboratoři, což umožní jejich detailní výzkum. Mohl by přinést cenné poznatky pro astrofyziky. Podle Arefieva a spol. by tento postup měl být velmi efektivní. Vytvoří až 100 tisíckrát více pozitronů, než kolik by zvládl jeden laser. Zmíněné laserové paprsky přitom nemusejí být extra silné. Výsledný paprsek antihmoty může dosáhnout až energií kolem 1 GeV v prostoru cca 50 mikrometrů, což odpovídá soudobým velkým urychlovačům částic. Zatím jde o teoretický koncept, ale jeho tvůrci jsou přesvědčeni, že potřebné technologie jsou už dnes k dispozici a že by neměl být dramatický problém něco takové zprovoznit.

 

Literatura

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 22. 7. 2021.

Communications Physics 4: 139.

Datum: 28.07.2021
Tisk článku

Související články:

Zachránily půvabné mezony mladý vesmír před anihilací?     Autor: Stanislav Mihulka (24.06.2021)
Potulují se v Mléčné dráze antihvězdy tvořené antihmotou?     Autor: Stanislav Mihulka (30.04.2021)
Obíhá Mléčnou dráhu hvězdokupa hvězd z antihmoty?     Autor: Stanislav Mihulka (13.02.2021)
Neuvěřitelný comeback: V Mléčné dráze snad opravdu detekujeme temnou hmotu     Autor: Stanislav Mihulka (12.12.2019)
Je za převahu hmoty nad antihmotou ve vesmíru zodpovědné trio Higgsů?     Autor: Stanislav Mihulka (05.10.2019)



Diskuze:

Ondrej Kucharik,2021-07-30 13:39:42

Ako moze laser urychlit elektrony? Aj v povodnom clanku sa doslova pise ”When the laser pulses penetrate the sample, each of them accelerates a cloud of extremely fast electrons,”. Kde sa tam vzali extremne rychle elektrony?

Odpovědět


Re:

Jan Novák9,2021-07-31 08:24:09

https://bella.lbl.gov/laser-plasma-accelerators-background-and-motivation/

Odpovědět


Re: Re:

Ondrej Kucharik,2021-07-31 13:37:01

dakujem

Odpovědět

Proč

Mojmir Kosco,2021-07-29 23:21:34

By měli plastové kanálky usměrnit oblak elektronů ? Mám dojem že se plastová matrice zbortí a nic neusměrní .

Odpovědět


Re: Proč

Pavel Hudecek,2021-07-29 23:27:34

Jejich úloha trvá řádově pár (desítek) ns, že budou za pár µs spálené už nevadí:-)

Odpovědět


Re: Re: Proč

Mojmir Kosco,2021-07-30 00:13:34

Ano chce to pokus. Totiž když je teoretické měl by alespoň napsat co zapříčiní (možna Leindenfrostův jev) že vytvoření oblaku a tavení (spalení) nebude souběžný jev.

Odpovědět


Re: Re: Re: Proč

Pavel Hudecek,2021-08-01 08:43:32

No to je celkem jednoduché: Zákon zachování hybnosti. Elektrony a pozitrony váží asi 0,5 MeV, protony asi 1 GeV.

Odpovědět

Jará Šustr,2021-07-29 13:10:33

Než dostaví Iter tak už budou anihilační elektrárny: anihilace - přehřátá pára - turbína - elektrika. Kolik bude asi stát?

Odpovědět


Re:

Pavel Hudecek,2021-07-29 22:57:16

Antihmotové elektrárny mají stejný problém jako vodíkové. Vodík ani antihmota nejsou na Zemi primární zdroje energie, musejí se získávat vložením většího množství energie z jiného zdroje.

Odpovědět


Re: Re:

Jan Novák9,2021-07-31 08:14:04

Co čekáte od melouna. Rudé jádro zavelí, poručí větru dešti, soudruzi vědci vynaleznou plné vodiče a stachanovské party sfárají a budou těžit antihmotu i vodík :-)
Jde o pocit a zákon o zachování hmoty a energie je rasistický stejně jako matematika :-)

Zase na druhé straně, pokud se uskuteční Great Steal, tedy chtěl jsem říci Green Deal tak budeme mít v některých měsících trojnásobek energie kterou potřebujeme a v jiných se bude vypínat. Přenosové společnosti jsou povinné OZE vykoupit nebo jako v Anglii výrobcům platit miliony za to aby nevyráběli energii kterou není možné využít nebo přenést. Přebytečnou energii je dobré utopit jakýmkoliv způsobem nehledě na to jak neúčinná je konverze, koneckonců je zadarmo - spotřebitelé už ji zaplatili tak jako tak. Hlavně by konverze neměla být miliardkrát dražší než energii prostě zahodit jako konverze do antihmoty. O ceně konverze do vodíku a jeho dlouhodobého skladování mám také pochyby. Uhlovodíky známe a dlouhodobě je skladovat dokážeme.

Odpovědět

přístupnost

Petr Petr,2021-07-29 06:24:05

V návrhu píší, že je to pro intenzity od 1E23 W/cm2.
Když srovnám, že ELI má do 1E24 W/cm2, tak to moc zpřístupnění neznamená...
https://www.eli-beams.eu/cs/o-eli-beamlines/
Jen pro pár velkých laserových laboratoří.

Odpovědět


Re: přístupnost

Pavel Hudecek,2021-07-29 22:54:09

Tak třeba PALS v Praze má 3e+24 W. Ten by uvedenou podmínku splnil na ploše 30 cm2.

Lasery se dají běžně zaostřit na kolečko velké setinu mm, to je řádově 1e-6 cm2. Pak stačí výkon 1e+17 W, to už není nic extra výjimečného.

Odpovědět


Re: Re: přístupnost

Pavel Hudecek,2021-07-29 23:25:20

Pardon, tak PALS by nestačil. Nemá 3e+24, ale jen 3e+12 W...

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace