Simulace urychlení částic antihmoty. Kredit: Imperial College London.

Urychlovače částic nám odkryly doposud záhadný svět částic a hmoty, které spřádají celý vesmír. Problém je ale v tom, že tyhle hračky jsou velmi objemné a také nesmírně drahé. Takový přístroj si v dnešní době do laboratoře na univerzitě nepořídíte. Ve skutečnosti jsou to dlouhé kilometry podzemních tunelů a velmi masivní detektory, plus spousta dalšího nezbytného vybavení s početnými týmy operátorů. Nemusí to tak ale být navždy. Odborníci Královské univerzity v Londýně teoreticky vypracovali nový postup, jakým je možné urychlovat částice antihmoty. Nejlepší je, že to lze dělat s běžně dostupným vybavením a na mnohem, opravdu mnohem menším prostoru.

Aakash A. Sahai. Kredit: Imperial College London.

V dnešní době jsou v první lize fyziky částic zařízení jako hadronový srážeč LHC v evropském CERNu nebo Linac Coherent Light Source (LCLS) v americkém Stanfordu. LHC jak známo urychluje částice na ohromné energie v dlouhých tunelech, a pak je sráží v ultimátních srážkách, při nichž vznikají nové částice a formy hmoty. LCLS je zase velice výkonný rentgenový laser, který může snímat nanosvět, vytvářet zvláštní formy hmoty anebo stvořit v laboratoři malou verzi hvězdy.

Technologie jako je LHC nebo LCLS ale nejsou příliš dostupné. Ve skutečnosti u nich od objevení, zhruba v padesátých letech, nedošlo k jejich podstatnému vylepšení. Autor nové studie Aakash Sahai tvrdí, že provoz dnešních urychlovačů a laserových center je velmi nákladný a není prý vyloučeno, že brzy narazí na hranice svých možností. Žádné přelomové objevy z nich už nevymáčkneme. Za novou fyzikou bychom mohli vyrazit s novou generací kompaktních a laciných stolních urychlovačů. Takové zařízení by si mohli dovolit v mnoha laboratořích po celém světě, což by zvýšilo šance na převratné objevy.

Aby mohli vyvinout malé a praktické urychlovače, tak se na Královské univerzity v Londýně uchýlili k simulacím a počítačovým modelům. Výsledkem jejich snažení je nová metoda urychlování antihmoty. Podle vědců jejich systém potřebuje k urychlení vzdálenost sotva pár centimetrů. To je oproti mnoha kilometrům samozřejmě nebetyčný rozdíl. Je fakt, že tento postup vyžaduje laserovou soupravu o ploše cca 25 metrů čtverečních. To ale není nijak likvidační a řada laboratoří něco takového zvládne. Podobné věci mají k dispozici leckde.

Jak pracuje stolní antihmotový urychlovač. Kredit: Imperial College London.

Jak to funguje?

Zmíněný nový postup zahrnuje střelbu lasery do oblaku plazmy. Přitom vznikají pozitrony, čili anti-elektrony, a jsou urychlovány do paprsku. Když se paprsek pozitronů střetne s paprskem elektronů, tak dojde k mnoha anihilacím částic hmoty a antihmoty. Přitom vznikají exotické částice, jako třeba Higgsův boson, mnohem intenzivněji, než jak to zvládne celý slavný LHC v CERNu. Skvělým bonusem je, že mini antihmotový urychlovač k tomu potřebuje asi tak tisíckrát méně místa, nežli právě LHC.

Sahai je přesvědčen, že jeho nová metoda urychlování pomocí antihmoty může dramaticky snížit velikost a náklady na podobné urychlování částic. To, co je dneska možné jedině v pompézních chrámech fyziky za mnoho milionů dolarů, bude brzy možné zvládnout v poměrně běžné univerzitní fyzikální laboratoři.

Využití zařízení na tomto principu bude ale ještě širší. Bude s nimi například možné skenovat rozmanité důležité součástky citlivých zařízení a hlídat jejich kvalitu, například v aeronautickém průmyslu nebo při výrobě počítačů. V dnešní době to mají na starosti rentgenová a elektronová zařízení. Pozitronové paprsky by jim významně pomohly. Prozatím jde o čistě teoretické úvahy. Ale v Londýně chtějí již brzy spustit první experimenty. Držme jim palce.

Video
Positron Acceleration using Plasma-based accelerators by Aakash Sahai


Literatura
Imperial College London 9. 8. 2018, Physical Review Accelerators and Beams 21: 0813010.