Antihmota je v našem vesmíru rychloobrátkové zboží. Každá částice antihmoty se při setkání s běžnou hmotou rychle "vypaří" na záření při tzv. anihilaci. Fyzikům, kteří látku chtějí zkoumat, tak nezbývá, než si ji za značných energetických a finančních nákladů vytvářet v laboratořích po jednotlivých atomech a chránit před anihilací.
Dlouho to byla marná práce. Když už se antihmotu podařilo vytvořit, dlouho nevydržela. Nyní vědci z projektu ALPHA při evropském vědeckém středisku CERN oznámili, že se jim podařilo zachytit "nepolapitelnou" antihmotu na celých 16 minut a 40 sekund (tj. 1 000 sekund, což je pro fyziky zvyklé na desítkovou soustavu magické číslo). Jejich práce vyšla v časopise Nature Physics a je dostupná zde.
Jde o NobelovkuVe hře na babu s antihmotou jde i o prestiž. "Předpoklad o symetrii hmoty a antihmoty platí jen, dokud není vyvrácen. A pokud padne, někomu spadne do klína Nobelova cena," řekl Jeffrey Hanysy, mluvčí experimentu ALPHA před půl rokem, kdy tým zveřejnil své první výsledky, časopisu Science. To je cena, která stojí za závod. Jenom v CERNu proto fungují ještě další dva experimenty na zachycování antihmoty, ASACUSA a ATRAP. Každý používá trochu jiný postup. Například na ATRAP se vědci snaží vytvořit antiatomy s nižší kinetickou energií, které by neodlétaly z pasti tak snadno jako u experimentu ALPHA. Také se jich snaží vytvořit větší počet najednou. ALPHA své konkurenty jednoznačně poráží v boji o slávu v kategorii "public relations". Soupeři se ale nevzdávají. "Raději bychom publikovali práci, ve které oznámíme na jeden pokus zachycení ne šesti desetin atomu, ale stovky atomů," řekl mluvčí projektu ATRAP Gerald Gabrielse pro Scientific American. (Před půl rokem to bylo: "Než abychom se snažili předvést, že zachytíme 38 atomů na zlomek sekundy, pracujeme na postupu, který umožní zachytit mnohem větší množství antivodíku. Uvidíme, čí přístup bude plodnější." S tou změnou, že to řekl pro časopis Nature, který patří do stejného vydavatelství jako Scientific American.) Bojovná tisková prohlášení a pozornost médií ovšem nejsou odrazem fyzikální reality. Vítězství v boji o skutečně nejúspěšnější experiment na zachycení antihmoty nemá ALPHA jisté. |
Zkoumání exotické antihmoty v "zajetí" by mělo přispět k odpovědi na otázku, jak vznikl a dále se vyvíjel náš vesmír. Nabízí se možnost pochopit (a možná využít) jeho zatím neznámé fyzikální zákony.
Na pohled vědci nepředvedli zrovna gigantický výkon. Během šestnácti opakování pokusu s tisícisekundovým zachycením vědci zachytili jenom sedm atomů antihmoty. Využili přitom rafinovanou magnetickou past, která udrží neutrální antivodíkové atomy.
Antihmota malá, ale naše
Začněme ale od začátku. Antihmotu vědci vyrábí už více než půl století. Dlouho však šlo jenom o jednotlivé částice, především antielektrony (tzv. pozitrony) a antiprotony. S těmi fyzikové změřili, co mohli, a také se je naučili používat v urychlovačích. Výzvou je ale vytvořit opravdovou antihmotu, respektive její nejjednodušší atom: antivodík. To se zdařilo poprvé v roce 1995.
Úsilí posledních let je věnováno udržení vytvořené antihmoty. V listopadu loňského roku fyzikové z projektu ALPHA oznámili, že se jim podařilo zachytit několik desítek antivodíků na 170 tisícin vteřiny. (Výtah ze studie je dostupný zde, plná verze je placená.)
Nás laiky na této myšlence nic nezarazí: udržet atom nevypadá jako něco složitého. Ti vzdělanější mezi námi si ale rychle uvědomí obtíže. Udržet nabitou částici není nic těžkého, stačí elektrické nebo magnetické pole. Ale atomy antivodíku jsou elektricky neutrální, tak jak na ně? Kupodivu také magnetickým polem; chce to ovšem trochu představivosti.
Atomy antivodíku jsou sice elektricky neutrální, mají ale magnetický moment, tj. chovají se jako malé, slabé magnety. Takže antiatom na magnetické pole reaguje, bohužel ale jenom slabě, takže pole musí být velmi silné.
Vědci takové sestrojili a ještě mu dali speciální tvar. Udělali "past" podlouhlého tvaru. Vytváří v ní (ve vakuu) magnetické pole, které je nejsilnější na krajích a směrem do středu se zmenšuje. Atomy jsou vtahovány do magnetické jámy uprostřed. Některé v ní zůstanou uvězněny.
Úspěch vědci zjistí jednoduše: magnetické pole vypnou. Zachycené atomy se rozletí ze středu pasti a brzy se srazí s hmotou. Záření a částice vznikající při anihilaci zachytí velmi citlivý detektor obklopující past.
Jak ukázal nový pokus, uvěznění antihmoty může být dost dlouhé: tisíc vteřin (v jednom případě ho vědci protáhli až na dva tisíce sekund). Délka je důležitá: antiatomy mají čas se "uklidnit", seskákat do základního kvantového stavu, takže pak lze přesně změřit jejich fyzikální charakteristiky.
Kde se stala chyba?
Aparatura experimentu ALPHA ve středisku CERN
Fyzikové doufají, že jim měření řeknou, jak je to se symetrií mezi hmotou a antihmotou, kterou předpokládá současná fyzika. Nejjednodušší je předpokládat, že těsně po vzniku vesmíru (cca před 13,5 miliardami let) byla antihmota stejně hojná jako běžná hmota.
Jak ale vyplývá z neslučitelných povah obou látek, brzy se vzájemně přeměnily na záření, kterého je od té doby vesmír doslova plný. Je tu ovšem jeden paradox: my. Náš svět je v podstatě plný hmoty.
Proč malá část hmoty anihilaci evidentně přežila, je dobrá otázka. Odpověď by se mohla skrývat v drobných rozdílech mezi hmotou a antihmotou. "Základní otázkou tedy je, zda má antihmota opravdu stejné vlastnosti jako běžná hmota," říká fyzik Jiří Dolejší z Matematicko-fyzikální fakulty v Praze.
V CERNu tak například plánují změřit, zda antivodík "padá" v gravitaci stejně jako vodík. (Více si o těchto pokusech, na kterých se podílejí i čeští vědci, můžete přečíst například v tomto fyzikálně trochu náročnějším popularizačním článku.) Zatím víme, že částice antihmoty jsou stejně hmotné jako částice hmoty.
Zbývá ale ještě spousta dalších měření, která dosud nebyla možná, a na klidné antihmotě v magnetické pasti by je provést šlo. Výsledky by mohly potvrdit dosavadní fyzikální teorie. Nebo je fatálně nabourat, což by bylo ještě zajímavější. Jistě by se vyrojila spousta nových fantastických náhrad za dnešní myšlenky.
Co by to mohlo přinést, to lze stěží odhadnout. Přelomové fyzikální teorie z počátku 20. století, které mluvily novou řečí kvant a relativity, byly na pohled taky jenom fantaskní výplod. Za obzorem blízké budoucnosti se přitom už chystaly první tranzistory a k nebi rostly jaderné hřiby.
