Vedci dosiahli nový milník s antivodíkom
Antihmota, rovnaké, ale zároveň opačné dvojča obyčajnej známej hmoty, je náročný materiál. Od vtedy, čo boli vedci schopní vytvoriť najjednoduchšie atómy antihomoty a udržať ich stabilné prešlo len 20 rokov. Teraz sa im podarilo vykonať prvé meranie vnútornej štruktúry antivodíka.
Vodík je prvý prvok v periodickej tabuľke a skladá sa z jedného elektrónu obiehajúceho okolo jedného protóna. Jeho zrkadlo antivodík má jeden anti-elektrón alebo pozitrón a jeden antiprotón. Ak sa pozitrón a elektrón zrazia, zničia sa navzájom a vytvoria energiu. To isté platí pre interakciu protónov a antiprotónov. Vzhľadom k tomu, že náš vesmír je preplnený elektrónmi, protónmi a rôznymi kombináciami oboch častíc, je mimoriadne ťažké udržať okolo nich anti-častice.
Nový experiment s antivodíkom
To je presne prípad, ktorý sa rozhodli riešiť fyzici v Antivodíkovom laserovom fyzikálnom apárate (Antihydrogen Laser Physics Apparatus – ALPHA) CERNu. V magnetickej trubici vytvárajú vákuum a potom do nej vhadzujú pozitróny a antiprotóny. V ideálnom prípade by sa mali spájať do antivodíka. Trubica má držať antihmotu stabilnú tak, aby ju mohli vedci študovať – samozrejme s laserami.
Tip redakcie: Energia budúcnosti: imitácia jadrovej fúzie na Slnku
Pred niekoľkými rokmi sa vedcom podarilo udržať antivodík celú štvrťhodinu -teda dlhšie, než pri všetkých predchádzajúcich pokusoch. Posledným míľnikom ALPHA vedcov, bol úspech v ďalšej časti svojej misie: Použili lasery na študovanie štruktúry antihydrogénu. Výsledky boli publikované v pondelok v časopise Nature.
„Udržať antihmotu a takto ju študovať bolo doteraz Sci-Fi.“, hovorí fyzik Jeffrey Hangst, hovorca ALPHA. „Je to niečo, čo bolo doteraz považované za nemožné, takže v skutočnosti to, že to vôbec robíme, je v istom zmysle pre nás revolúcia.“
Prvé skúmanie antivodíka
Hangst a jeho kolegovia urobili vôbec prvé spektroskopické merania antihydrogénu. Spektroskopia je metóda pre odhalenie vnútornej štruktúry atómov. Aj keď máme tendenciu si predstaviť elektrón obiehajúci okolo jadra atómu tak, ako planéta obieha okolo hviezdy, v skutočnosti ide o „obežnú dráhu“ na jednej z niekoľkých energetických hladín. Keď na atóm zasvietime svetlo, jeho elektrón použije energiu pre skok na vyššiu energetickú hladinu. Potom sa vráti späť a uvoľní energiu vo forme svetla.
Vzhľadom k tomu, že energetické hladiny v atóme sú rozmiestnené v stanovených vzdialenostiach, elektróny absorbujú a uvoľňujú určité, diskrétne množstvo svetelnej energie pri každom skoku. A toto množstvo sa odráža vo farbe svetla. Napríklad, ak by ste chceli vyrušiť osamelý elektrón v atóme vodíka z jeho základného stavu (najnižšej energetickej hladiny) na úroveň priamo nad ním, museli by ste zasiahnuť atóm s laserovým lúčom na konkrétnej vlnovej dĺžke ultrafialového svetla.
Ak by ste chceli vykonať rovnaký test na antihydrogéne, výskumníci z ALPHA tímu by ho museli najprv vytvoriť a udržať, čo je technicky náročný čin sám o sebe. Potom by ho museli trafiť pomocou laseru. Vo väčšine spektroskopických experimentov tohto druhu, by museli svietiť svetlom na bilión a viac atómov hmoty. V tomto prípade však pracovali iba s 15 atómami antihmoty.
„Keď máte len niekoľko atómov, musíte byť oveľa šikovnejší,“ hovorí Hangst. Tiež to znamená, že aj v meraní bude menej istoty. „Takže je to len prvý krok,“ dodáva, „a ďalších mnoho rokov strávime zdokonaľovaním.“
Novou výzvou je skúmanie štruktúry antivodíka
Ďalšia práca sa bude zakladať na tomto prielome a bude spočívať v presných meraniach energetických hladín antivodíka. Porovnaním s energetickými hladinami vodíka, výskumníci môžu lepšie pochopiť, ako presne sa hmota a antihmota odlišujú. A to by mohlo byť kľúčom k jednej z najväčších hádaniek vo vesmíre: Prečo sme tu?
Teoreticky totiž veľký tresk vyprodukoval rovnaké množstvo hmoty a antihmoty. A pretože tieto dve látky sa sa pri styku navzájom ničia, mohli by vydať obrovské množstvo energie, potom zmiznúť a zanechať vesmír prázdny.
„Antihmota je základný problém,“ hovorí Hangst. „Aj napriek všetkym našim úspechom, nemôžeme vysvetliť, prečo vesmír prežil.“
Teraz, keď vedci majú techniky pre zachytenie a štúdium antihmoty, môžu začať porovnávať hmotu na viacerých bázach. Okrem svojej energetickej hladiny, tím ALPHA plánuje experiment, pri ktorom by mali možnosť vidieť ako antivodík reaguje na gravitáciu.
„Sme na správnom mieste, v správny čas. Naučili sme sa, ako to urobiť, “ hovorí Hangst. „To otvára veľa nových možností.“
Zdroj: http://www.popsci.com
