Cavendish v novém kabátu. Kredit: SM/generováno AI.

Představte si nabité částice, které jsou sice nabité, ale nesou jen naprosto titěrný zlomek celého elektrického náboje. Teoretičtí fyzikové už dlouho předpovídají existenci takových částic. Předpokládá se, že s běžnou hmotou a elektromagnetickými poli interagují jen velmi slabě, a proto je v konvenčních experimentech částicové fyziky velice obtížné je detekovat.

Pokud jde o český název, je to poněkud oříšek. Anglický výraz minicharged particles (mCP) zní skvěle, podobně jako méně výstižné millicharged particles. V češtině by to mohly být třeba „mininabité částice“ nebo odvázaněji „minitrony.“ Některé studie přepokládají, že by tyto hypotetické mininabité částice mohly tvořit (část?) temné hmoty, ale už jenom to, že by jejich objev rozšířil teď už poněkud fádní Standardní model, je hodně cool.

Asher Berlin. Kredit: Fermilab.

Asher Berlin z Fermi National Accelerator Laboratory v Batavii a jeho kolegové nedávno zjistili, že Cavendishův experiment (ten s koncentrickými vodivými sférami), což je jeden z nejstarších přesných fyzikálních experimentů, by kupodivu mohl posloužit také k hledání mininabitých částic. Přitom to vypadá, že by tento experiment by mohl dosáhnout vyšší citlivosti než experimenty na urychlovačích částic.

Jak přiznává Harikrishnan Ramani z týmu autorů, jde sice o jedno z nejjednodušších rozšíření Standardního modelu částicové fyziky, ale přesto, navzdory desetiletím intenzivního hledání, stále značně tápeme v tom, jaké by měly mít vlastnosti. Ve hře je tím pádem celá řada scénářů. Mohly by například vznikat při srážkách kosmického záření, poté by měly krátké dráhy a interagovaly s rozsáhlými elektrickými a magnetickými poli Země, což by vedlo k jejich hromadění na okraji Země.

Berlin a spol. zkoumají možnost hledat právě mininabité částice, co by se hromadily v okolí Země. Teď navrhli zařízení, které by dokázalo rozkmitat elektrické náboje těchto částic a měřit slabé elektrické pole, jež by při tom vznikalo. Jak říká Ramani, v minulosti se takové zařízení používalo ke stanovení horní meze hmotnosti fotonu. Podle něj se ukazuje, že nenulová hmotnost fotonu a přítomnost mininabitých částic, přestože spolu zdánlivě nesouvisejí, mohou vyvolat stejný signál, totiž odchylky od Gaussova zákona.

Původní Cavendishův experiment s koncentrickými vodivými sférami. Kredit: Berlin et al. (2026).

Vědci představili nový způsob, jak mininabité částice detekovat nebo stanovit přísnější omezení jejich vlastností pomocí klasického Cavendishova experimentu. Jejich výpočty přitom naznačují, že tento experiment by mohl být až třikrát citlivější než současné i budoucí experimenty založené na urychlovačích částic.

Cavendishův experiment je přesné měření určené ke zkoumání Coulombova zákona, základního principu popisujícího elektrickou sílu mezi nabitými objekty. Experiment využívá velkou Faradayovu klec, která blokuje vnější elektrická pole a elektromagnetické záření.

Jak uvádí Ramani, pokud by Coulombův zákon, a tedy i Gaussův zákon, platily dokonale, Faradayova klec by svůj vnitřek dokonale odstínila a uvnitř by nevznikalo žádné elektrické pole. Přítomnost mininabitých částic by ale mohla vést ke zdánlivému porušení Coulombova / Gaussova zákona. Pokud jsou předpovědi týmu správné, mininabité částice by dokázaly pronikat Faradayovou klecí. Procházení mininabitých částic dovnitř Faradayovy klece a z klece ven by vytvářelo oscilující elektrické pole.

Částice Standardního modelu to nedělají, protože průnik klecí je pro ně obtížný. Faradayova klec vlastně hraje roli síta, které propustí pouze mininabité částice, pokud existují. Badatelé v tuto chvíli zkoumají prototyp experimentu a shánějí peníze. Experiment lze kompletně postavit a spustit s již existujícími technologiemi a výsledky by mohly být za pár let. Nechme se překvapit!

Video: Asher Berlin: Cavendish Tests of Millicharged Particles

Literatura

Phys.org 16. 8. 2026.

Physical Review Letters 137: 021804.