Vědci neradi hovoří o možnosti získání energie z ničeho. Takové úvahy totiž vedou k perpetuu mobile, hypotetickému stroji, který nepotřebuje žádný zdroj energie. Jeho existence je ale v příkrém rozporu s přírodními zákony.
Ale co takhle stvoření hmoty z ničeho? Nebo alespoň z prázdného prostoru, tedy z vakua? Na první pohled se to zdá stejně nemožné, ale mezi vědci se najdou i fyzici, kteří jsou o této možnosti přinejmenším ochotni diskutovat. Například Alexandr Fedotov a jeho kolegové z moskevské Národní výzkumné univerzity jaderné fyziky.
Vakuové fluktuace
Ale vraťme se na začátek. Z Heisenbergova principu neurčitosti, jednoho z pilířů kvantové mechaniky, vyplývá, že dokonale prázdný prostor ve skutečnosti vůbec neexistuje.
Teoretická fyzika sice termín dokonalé vakuum používá, ale má tím spíš na mysli stav o nejnižší možné energii. Jenže ani to není zdaleka úplně prázdné, díky náhodným kvantovým fluktuacím je totiž plné párů tzv. virtuálních částic, jako jsou třeba elektron a pozitron, které v něm neustále vznikají a zase zanikají.
Hmota a antihmota
Elektrony jsou dobře známy, tvoří obaly atomů, podílí se na chemických vazbách a jejich uspořádaný pohyb má za následek vznik elektrického proudu. Dokonce je po nich pojmenován celý technický obor – elektronika.
Rovněž o pozitronech už asi většina z nás někdy slyšela, minimálně v souvislosti s nukleární medicínou, konkrétně s jedním druhem lékařského vyšetření zvaného pozitronová emisní tomografie (PET), která našla své uplatnění zejména v neurologii a onkologii.
|
Pozitrony patří mezi částice antihmoty a mají stejné základní vlastnosti jako elektrony. |
Méně známo ale už asi je, že pozitrony patří mezi částice antihmoty. Jejich základní vlastnosti jsou úplně stejné jako u elektronu, až na jejich náboj. Ten mají na rozdíl od elektronů kladný, proto se o nich též často hovoří jako o antielektronech.
Podobně jako všechny ostatní virtuální částice i elektrony a pozitrony se ustavičně vynořují z kvantového vakua, jakoby z ničeho, a jakmile dojde k jejich setkání, anihilují a ihned zanikají, v podstatě stejně rychle jako vznikly. Celý proces trvá pouhý zlomeček vteřiny.
Mohou ale některé tyto virtuální částice opustit svůj jepičí život a přeměnit se ve skutečné, reálné částice? Někteří fyzici (již zmíněný Fedotov) tvrdí, že za jistých podmínek ano. Touto možností se jako první teoreticky zabýval rakouský fyzik Fritz Sauter v roce 1931.
Ve své práci na toto téma předpověděl, že dostatečně silné elektrické pole, které by tlačilo obě virtuální částice na opačné strany, by je mohlo zcela oddělit, takže by pak již nemohly vzájemně anihilovat. (Problémem ale je právě vytvoření onoho "dostatečně silného elektrického pole".)
Lasery a elektron-pozitronové páry
V roce 1997 se skupině fyziků pracujících ve Stanfordském středisku lineárního urychlovače (Stanford Linear Accelerator Center, SLAC) podařilo elektron-pozitronové páry vytvořit působením laseru. Ovšem reakce byla velmi slabá, v daném okamžiku došlo vždy k produkci jen jednoho páru částic.
Výpočty ukazují, že k "trvalé" produkci elektronů a pozitronů by byly potřeba mnohem výkonnější lasery. Takovým laserem by ale mělo disponovat zařízení Extreme Light Infrastructure (ELI), což je společný projekt 13 evropských zemí (včetně České republiky), jehož činnost by měla být zahájena v roce 2015.
Právě do něj vkládá své naděje Alexandr Fedotov, který o možnosti vytvářet reálné částice z fluktuujícího vakua popsal ve své studii uveřejněné v nedávném vydání časopisu Physical Review Letters.
Pokud vše půjde podle současných plánů, pak za několik let bude ELI nejvýkonnějším laserem na světě. Jeho plánovaný výkon v plném provozu je 1026 W/cm2, což by mělo podle předběžných propočtů, které Fedotov se svým týmem provedl, bohatě dostačovat na vytvoření elektron-pozitronových párů v řetězové reakci.
Podle Fedotova první elektron-pozitronový pár urychlený na velmi vysoké rychlosti vyzáří světlo, jehož fotony vyplodí spolu s ostatními fotony laseru další elektron-pozitronové páry, které vytvoří ještě více fotonů a tak dál a dál, až nakonec dojde k řetězové reakci a skutečně dojde ke stvoření hmoty z ničeho, resp. z kvantového vakua.
Zdroje:
