Než se elektronová antičástice – pozitron – po střetu se svým protějškem, elektronem, promění na gama-fotony, na velmi krátkou dobu před rozpadem, který v prostředí vakua nastane za 142 miliardtin sekundy, se vytvoří elektron-pozitronový pár svázaný coulombovskou sílou – takzvané pozitronium. Teoreticky předpovězeno před téměř 80 a experimentálně potvrzeno před 60 lety představuje zajímavý objekt výzkumu v oblasti kvantové elektrodynamiky. Do této leptonové dvojice fyzikové vkládají naději, že přispěje k rozlousknutí tvrdého oříšku tajemství porušené symetrie s níž souvisí převaha hmoty nad antihmotou v raném vesmíru. Jedním z těchto nadšenců je i profesor Allen P. Mills, který se již před 40 lety věnoval "výrobě" pozitronia. O práci jeho výzkumného týmu jsme již na Oslu psali v článku Pozitronium - molekuly z hmoty a antihmoty.
Letos Millsovi v časopisu Physical Review Letters vyšly dva články. Ten první se týkal rozdělení pozitroniového negativního iontu pomocí fotonů z laseru. Pozitroniový negativní iont je seskupení tří elementárních částic, v němž jsou na jeden pozitron vázány dva elektrony. Blíže o tomto výzkumu informují japonští fyzikové.
Druhý článek s Millsovým spoluautorstvím popisuje zajímavou inovaci v produkci pozitronia. Čtyřčlenný tým z Kalifornské university v Riverside (obrázek vpravo) zjistil, že jeho množství vznikající na povrchu křemíku lze zvýšit tím, že těsně před dodáním pozitronů se polovodič ozáří laserovým paprskem o vlnové délce 532 nm (odpovídá zelenožluté barvě viditelné části spektra). Energie fotonů uvolní z povrchu elektrony (tzv. vnější fotoelektrický jev) a ty pak s venčí přicházejícími pozitrony tvoří kýžené krátce existující páry částice – antičástice. Podstatné na této metodě je, že funguje v širokém teplotním rozpětí a je mnohem „pohodlnější“, než když se elektrony z povrchu nejen křemíku, ale i některých kovů osvobozují jeho zahřátím. Není to ale jediná výhoda. Laserem podporovaný vznik pozitronia v průměru až 200-násobně prodlužuje jeho „životnost", protože vznikající leptonové páry jsou emitovány do okolního vakua. Kdyby zůstávaly „nalepeny“ na povrchu křemíku, hrozí jim mnohem větší pravděpodobnost srážek a tím i riziko časnějšího zániku.
Protože se pozitronium v mnohých ohledech chová jako atom, možnost produkce jeho dostatečného množství za velmi nízkých teplot spolu se šancí uchránit ho před anihilací co možná nejdéle, umožňuje fyzikům pohrávat si s myšlenkou na pozitroniový Bose – Einsteinův kondenzát. Vzniká, když se některé atomy (s vlastnostmi bozonů) dostanou do stejného kvantového stavu. V praxi to značí, že při teplotách blízkých absolutní nule „padnou“ na nejnižší možnou energetickou úroveň, ztratí svojí individuální identitu a začnou se chovat jako jeden „superatom“.
Podle Davida Cassidiho, jednoho z autorů práce, vytvoření Bose-Einsteinova kondenzátu posune hranice možností přesného měření vlastností pozitronia. A to by mohlo vnést více světla do tajemství antihmoty a fyzikální asymetrie mezi hmotou a antihmotou.
Video: Krátká exkurze do laboratoře profesora Allena P. Millse v Kalifornské universitě v Riverside, kde "vyrábí" paprsky pomalých pozitronů z rozpadu radioaktivního sodíku Na22. Tyto antičástice se pak spájují s elektrony emitovanými z povrchu křemíku ozářeného laserovým světlem o vlnové délce 532 nm a vytvářejí na okamžik trvající max. 142 miliardtin sekundy pozitronium.
Diskuze:
