Vesmír miluje symetrie. Jenomže množství hmoty a antihmoty je ve vesmíru, alespoň pokud víme, v otřesné nerovnováze. Hmota nejspíš převažuje nad antihmotou již od úsvitu času (anglicky baryon asymmetry problem). Vědci se již dlouho pokoušejí vysvětlit, proč tomu tak je. Zatím zjevně neúspěšně. Ale nevzdávají to. Hooman Davoudiasl z laboratoří Brookhaven National Laboratory v New Yorku a jeho kolegové vymysleli, že převahu hmoty nad antihmotou má na svědomí pozoruhodné trio elementárních částic, které nazvali „Higgs Troika“.
Davoudiasl a spol. vycházejí z toho, že podle analýz reliktního záření vesmíru (CMB) na samotném počátku vesmíru nebyla hmota s antihmotou v tak nevyváženém partnerství. Jak se zdá, antihmota zmizela později. Podle badatelů k tomu došlo v době, kdy ve vesmíru panovala natolik extrémní energie, že všechny čtyři základní fyzikální síly byly zřejmě sjednocené v sílu jedinou. Jejich teorie se odvíjí od nedávného objevu Higgsova bosonu o energii 125 GeV, který ukazuje, že by mohlo existovat ještě více Higgsů, s mnohem většími energiemi.
Badatelé navrhují, že kromě objeveného Higgsova bosonu existuje ještě dvojice extrémně energetických Higgsů, jejichž energii Davoudiaslův tým tipuje velmi přibližně kolem 1 000 GeV. Celém trio Higgsů podle nich existovalo v čerstvě zrozeném vesmíru předtím, než se jazýčky vesmírných vah dramaticky vychýlily ve prospěch hmoty. A když by se tito hypotetičtí Higgsové tehdy rozpadali, tak by tím vytvořili ultimátní proud částic hmoty. Většina z nich by zuřivě anihilovala s odpovídajícími částicemi antihmoty.
Davoudiasl s kolegy tvrdí, že v jejich modelu se dvojice hypotetických extrémně energetických Higgsů rozpadá poněkud odlišným způsobem a ve výsledném součtu v jejich rozpadech vzniká o něco více částic hmoty nežli antihmoty. Pokud by se to dělo dostatečně dlouho, tak by v takovém scénáři kvůli triu Higgsů zmizela většina antihmoty mladičkého vesmíru v záplavě záření nesmírného množství anihilací.
Naopak běžné, tedy baryonové hmoty, by zůstalo ve vesmíru dost na to, aby vytvořila všechny planety, hvězdy a galaxie, co jich ve vesmíru jen je. Když se vesmír ochladil natolik, že se fyzikální síly rozpojily a získaly dnešní podobu, tak se poměr nebo spíše drastický nepoměr mezi hmotou a antihmotou v našem vesmíru zabetonoval. Otázkou samozřejmě je, proč by mělo být ve vesmíru tolik a právě takových Higgsových bosonů. To je ale už zase jiný příběh.
Video: Visible and Invisible Clues for New Physics.
Literatura
Phys.org 30. 9. 2019, Live Science 24. 9. 2019, arXiv:1909.02044.
Jak vznikl přebytek hmoty nad antihmotou?
Autor: Vladimír Wagner (25.12.2012)
Zemi skrápí příliš velké množství antihmoty. Kde se bere?
Autor: Stanislav Mihulka (19.11.2017)
Fyzici budou převážet antihmotu. V dodávce.
Autor: Stanislav Mihulka (21.02.2018)
Diskuze:
Pozitron je elektrón pohybujúci sa v čase nazad
Miro Skunda,2019-10-15 21:30:11
Teda po Bing-Bangu sa antihmota rozpínala opačne ako hmota - smerom do času -t.
Jednoduché ako Occamova britva ....
Vladimír Wagner,2019-10-07 15:33:59
V principu asi máte pravdu, že pokud se nezmíní konkrétní hodnoty asymetrie mezi hmotou a antihmotou, tak lze tvrdit vždy, že je extrémně veliká (můžete si pod tím představovat cokoliv). Ovšem vědecký (i populárně vědecký) článek by měl aspirovat na jistou míru srozumitelnosti a vystižení podstaty popisovaného problému. A v daném případě je podstatou problému, že z původní úplné symetrie mezi hmotou a antihmotou se v určitém okamžiku vývoje vesmíru vytvořila extrémně malá asymetrie mezi těmito dvěma formami hmoty (jedna miliardtina). A článek je o jedné z možností, jak hypoteticky tuto velmi malou asymetrii mezi hmotou a antihmotou vytvořit. Jde o velmi malé porušení symetrie a některých zákonů zachování, takže psaní o tom že od úsvitu času je extrémní asymetrie je v kontextu reálného popisu daného problému opravdu hodně zavádějící. Na počátku totiž byla jen extrémně malá asymetrie (množství antihmoty bylo téměř stejné, jako množství hmoty). Teprve po uplynutí jistého času, kdy dostatečně poklesla teplota a téměř všechna hmota a antihmota anihilovaly, zbyl pouze zmíněný malý přebytek. Vytvořil se tak stav, kdy máme ve vesmíru pouze hmotu.
Upřesnění
Vladimír Wagner,2019-10-06 21:15:51
Tvrzení, že hmota převažuje nad antihmotou už od úsvitu dějin, je naprosto chybné. Ta báryonová asymetrie mezi hmotou a antihmotou byla pouze taková, že na každou miliardu baryonů a stejný počet antibaryonů byl pouze jeden baryon navíc. Ovšem v konečné fázi vývoje raného vesmíru každá miliarda baryonů anihilovala s miliardou antibaryonů (tak vzniklo reliktní záření a jeho fotony) a zůstal pouze ten jeden přebývající baryon (proton nebo neutron).
Re: Upřesnění
Václav Dvořák,2019-10-06 23:58:44
Omlouvám se, ale původní tvrzení v sobě neobsahuje kvantitu a ani vaše tvrzení není jeho popřením. Pokud na úsvitu dějin bylo na nějaké množství párů anti/baryonů o jeden baryon navíc větu vůbec logicky nevyvrací, ale přímo naopak. Takže z čistě logické úvahy o nějaké chybě myslím nemůže být řeč.
To, že někdo má třeba svou neznalou představu, že poměr hmota/antihmota byl tehdy dejme tomu 1000/1 by už mělo být podružné, je to jen věcí upřesnění (jehož se týká váš příspěvek).
Otázka.
Richard Pálkováč,2019-10-06 20:53:17
A ako vieme, že približne polovica galaxií, ktoré pozorujeme, nie je z antihmoty ? Veď svetelné spektrum je rovnaké, nie ?
Re: Otázka.
Vladimír Wagner,2019-10-06 21:03:15
Víme to z experimentálních pozorování. Mezigalaktický prostor je vyplněn hmotou. Hmota se dostává ven z galaxií a migruje v tomto mezigalaktickém prostoru. Kdyby byla jedna galaxie z hmoty a vedlejší s antihmoty, dostávala by se hmota a antihmota do kontaktu a anihilovaly by. Přitom by se vyzařovalo záření, které bychom pozorovali. Protože se dá spočítat, kolik by toho záření mělo být a jak by mělo vypadat, můžeme oprávněně tvrdit, že v námi pozorovaném vesmíru galaxie z antihmoty nejsou, když takové záření nepozorujeme.
Re: Re: Otázka.
Richard Pálkováč,2019-10-06 21:12:29
Ďakujem Vám za odpoveď. Nepredpokladal som, že by hustota hmoty/antihmoty v medzigalaktickom priestore bola taká, že by mohlo dochádzať k možnému pozorovaniu anihilácie.
Re: Re: Re: Otázka.
Vladimír Wagner,2019-10-06 21:18:44
Hustota je velmi nízká, ale při tak extrémních objemech to stačí k dostatečně velkému pozorovatelnému emitovaného anihilačního záření.
Re: Re: Otázka.
Václav Dvořák,2019-10-07 00:04:55
Co když se taková galaxie nachází uvnitř nějakého rozsáhlého voidu?
Rozpad s převahou
František Ala,2019-10-06 16:29:30
Zajímalo by mě proč se v tom odlišném druhu rozpadu vytváří "o něco víc" hmoty než antih. Ale to bych asi musel pochopit jejich teorii a to sotva :D cetl to nekdo a lze to podat velmi zjednodusene ta prevaha v rozpadu?
Pak bych se rad zeptal na elektrony, tusim nekde jsem cetl ze elektron s jednim snad spinem ma nepatrne vetsi energii nez elektron s opacnym.. mohlo by to znamenat .. mohlo by to znamenat ze ten spin je nejaka prtava "spinova castice" ktera zajistuje stabilitu a ta stabilita je treba jen pro 0 a 1, nebo jinde jako u orbitalu v atomu jen pro nejake nasobky?
Re: Rozpad s převahou
František Ala,2019-10-06 16:33:10
vlastně jestli by pak energie fotonu nemohla záviset na násobku počtu spinových částic plus nějakých dalších, nevím jak ale diskrétně ne spojitě jestli to tak tedy z měření vyplývá že hladiny energie elektronů jsou diskrétní
Re: Rozpad s převahou
Vladimír Wagner,2019-10-06 20:47:32
U toho elektronu máte patrně na mysli orientaci spinu elektronu v atomu. Spin elektronu je 1/2. Může tak mít orientaci buď +1/2 nebo -1/2. Protože je zároveň spin spojen s magnetickým momentem a elektron je také malá magnetka, závisí tak na orientaci spinu i orientace této magnetky. Atomové jádro má také spin a magnetický moment. Vytváří tak magnetické pole ve kterém se pohybuje elektron (magnetka). Na orientaci jeho spinu a magnetickému momentu vůči magnetickému poli atomového jádra tak závisí i jeho vazebná energie. Při jedné orientaci spinu elektronu je o chlup větší než u opačné orientaci. Označuje se to jako hyperjemná struktura ve spektrech přechodů v atomu. Například známá čára 21 cm v radiovém spektru, pomocí které se zkoumá rozložení vodíku ve vesmír je dán právě rozdílem energií elektronu s různou orientací spinu elektronu na prvním orbitalu atomu vodíku.
...
Jan Balaban,2019-10-06 10:38:12
Je nejaký dôvod, aby v antisvete takéto častice neboli?
Re: ...
Jiri Naxera,2019-10-06 12:02:14
Čemu ale říkáte antisvět? Máte nějakou zoologickou plnou částic, každá z nich se chová podle nějaké rovnice, a některé z těch rovnic mají dvě řešení které jsou opačná a těm říkáme hmota a antihmota.
Pak máme částice které jsou samy sobě antičásticemi (fotony, W a Z bosony, gluony, hypotetická Majoranoa neutrina ...)
Z "Historických" důvodů těm stavům které se vyskytují ve většině říkáme hmota, prostě proto že jsme je viděli dřív, ale to neznamená, že by (v rámci SM) byly preferované před druhým - anti - stavem. Ale je to jen otázka konvence, žádný oddělený svět částic a antičástic není. Jen je otázka, proč Vesmír má tomu čemu říkáme částice víc, neboli kde ta nesymetrie vzniká. A o tom je ten článek
Re: Re: ...
Jan Balaban,2019-10-06 13:48:57
Chcete tým povedať, že vo vesmíre nie je ani gram antihmoty pohromade?
Re: Re: Re: ...
Pavel Hudecek,2019-10-06 15:03:42
Zatím vše nasvědčuje tomu, že přirozeně ne.
Ale nic nebrání tomu, aby si ji dostatečně technicky pokročilí ufouni vyrobili třeba tunu a měli v nádrži své lodi:-)
Re: Re: Re: Re: ...
Vladimír Wagner,2019-10-06 21:08:17
Zatím ovšem nemáme žádnou, byť třeba jen teoretickou představu, jak by tato nádrž měla vypadat.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: ...
Vladimír Wagner,2019-10-07 15:25:30
Magnetické pole Vám nepomůže. Díky němu lze udržet pouze antihmotu ve stavu plazmy. A to spíše v podobě nabité plazmy, tedy v extrémně řídkou. Takže ani ne gramy, natožpak kilogramy nebo dokonce tuny. Můžete sice uvažovat i o kovových magnetických nádobách z antihmoty vznášející se v magnetickém poli, ale zatím nemáme žádnou představu o tom, jak vyrobit jinou antihmotu než vodík, takže tudy cesta zatím také nevede. Tam by i v případě, že byste dokázal takovou nádobu vyrobit, byl problém v zabránění proniknutí opravdu všech částic hmoty k ní. Prostě, jak píši, zatím nemáme o uchování antihmoty ani teoretickou představu.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: ...
Václav Dvořák,2019-10-18 12:22:12
Tak vzhledem k tomu, že ke zničení celého povrchu Země by stačilo pár desítek kg antihmoty, tak skladování tun myslím ani v budoucnu potřeba nebude, pokud se teda zrovna nebudou transformovat celé planetární systémy :) Spíše bych si to představoval tak, že urychlovač by antihmotu vyráběl a energii k němu by dodával nějaký budoucí mobilní fůzní reaktor, zastavitelný do kosmické lodi. A skladovala by se jen pohotovostní zásoba, aby bylo možné akcelerovat a pro případy výpadku nebo krátkodobého servisního zásahu.
Re: Re: Re: ...
Vladimír Wagner,2019-10-06 21:06:40
Gdyby se někde ve vesmíru vyskytlo makroskopické množství antihmoty, tak by se dostalu do kontaktu s hmotou a anihilovalo by. Takže zde antihmota nemůže existovat dlouhodobě. Antičástice ve vesmíru vznikají při různých jaderných reakcích, takže je pozorujeme. Nemají však možnost vytvořit struktury (atomy, sloučeniny ...), protože dříve anihilují nebo interagují nějakou jadernou reakcí.
3
Stanislav Poutník,2019-10-06 10:24:22
Uff, to jsem si oddechl, představte si , že by byl jenom 1 a náš vesmír by byl jenom z antihmoty nebo z hmoty a bez naděje na anihilaci, nebo 2 to by byl ještě větší průser, vesmír bez hmoty, kde nic není....., takže 3 to řeší, větší pes......, 4 průser a 5 plýtvání s Bosony. :)
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
