Ring Cyclotron v PSI. Kredit: Markus Fischer / Paul Scherrer Institute.

Běžnou hmotu kolem nás tvoří protony, neutrony a elektrony, o nichž se mluví jako o první generaci částic. Pak existují však ještě dvě další generace, jejichž částice jsou těžší. Například mion, těžší protějšek elektronu, patří do druhé generace částic Standardního modelu částicové fyziky. Vědce to dráždí a rádi by věděli, proč další generace částic vůbec existují. Mimo jiné je velmi fascinuje otázka, zda se těžší částice druhé a třetí generace chovají z hlediska gravitace stejně jako lehčí částice první generace.

U běžné hmoty padají všechna tělesa v daném místě gravitačního pole stejnou rychlostí. V podobě principu ekvivalence gravitační a setrvačné hmotnosti se tento jev stal jedním ze základních kamenů Einsteinovy teorie gravitace. Doposud byl ale tento poněkud záhadný princip prokázán pouze u běžné hmoty nebo antihmoty první generace.

Anna Soter (2019). Kredit: CHIPP, A. Soter.

Fyzička Anna Soterová, který vede výzkumný tým švýcarských odborníků z ETH Zurich a Paul Scherrer Institute (PSI) ve Villigenu, teď připravuje ambiciózní experiment, který by měl prověřit gravitační interakce mionu. Měřením gravitačního chování mionia, velmi exotického „atomu“, tvořeného antimionem a elektronem, by vědci poprvé zkoumali, jak padá částice druhé generace. Podle Soterové se k tomu exotické mionium velmi hodí, protože je to vlastně neutrální atom.

Logo. Kredit: PSI.

Připravovaný experiment má značná úskalí. Miony se rozpadají nemilosrdně rychle, už 2,2 mikrosekundy po svém vzniku. Další věc je, že dosavadní zdroje vytvářely atomy mionia, které chaoticky odlétaly různými směry a různými rychlostmi. Nedávno ale Soterová s kolegy dosáhli průlomu v PSI, když vytvořili atomy mionia v „chladném stavu“, tj pohybující se podobnou rychlosti a téměř rovnoběžně.

Je to jako alchymie 21. století. Badatelé použili supratekuté helium ochlazené téměř k absolutní nule, tedy na −273 °C, kdy jde o kvantovou kapalinu. Antimiony z urychlovače PSI Ring Cyclotrom, který mimo jiné vyrábí miony, vědci stříleli do tenké vrstvy supratekutého helia, kde se zpomalí. Když antimion narazí na volný elektron v takto připraveném heliu, vznikne atom mionia. Pohybuje se k povrchu helia a pak kolmo vystřelí z helia pryč.

Dalším krokem přípravy experimentu s mioniem je vývoj interferometru, pomocí něhož chtějí Soterová s kolegy změřit působení gravitace na svazek mionia. S kolegy si věří a doufají ve spuštění hlavního experimentu za dva až tři roky. Pak se ukáže, jak Einstenova gravitace obstojí. Pokud ne, mohlo by to přinést novou fyziku.

Video: Yale Wright Lab NPA Seminar: Anna Soter, ETH Zurich

Literatura

ETH Zürich 15. 9. 2026.

Nature Physics online 14. 9. 2026.