Jak jistě všichni vědí, temná hmota je stále stejně temná. Ke cti fyzikům nicméně slouží, že v legendárním honu na tuto mýtickou substanci používají veškeré představitelné a někdy i nepředstavitelné postupy. V CERNu běží experiment Baryon Symmetry Experiment (BASE) v němž fyzici loví temnou hmotu pomocí antihmoty.
Temnou hmotu a antihmotu spojuje kromě společného slovního základu také to, že stojí v centrech dvou největších záhad soudobé fyziky. Z pozorování vesmíru vyplývá, že by temná hmota měla tvořit velkou část veškeré hmoty vesmíru. Problém je v tom, že ať se snažíme sebevíc, tak jsme zatím ani v nejmenším nezjistili, co by tato temná hmota měla být zač. Velkým pokrokem poslední doby je potvrzení, že temná hmota zřejmě skutečně existuje. Což, pravda, není úplně povzbudivé.
Antihmota je oproti tomu velmi reálnou a prokazatelně existující hmotou, na kterou si lze, přinejmenším pomyslně, sáhnout. Nicméně, i antihmotu obestírá veliká záhada. Jde o to, že podle našich kosmologických modelů by mělo při Velkém třesku vzniknout stejné množství hmoty a antihmoty. Podle naší zkušenosti s tímhle vesmírem je ale antihmota velice vzácná. Otázkou a záhadou tedy je, kam se všechna ta antihmota poděla?
Christian Smorra z laboratoří Ulmer Fundamental Symmetries Laboratory japonského RIKEN a jeho spolupracovníci se rozhodli prozkoumat možné spojení mezi těmito dvěma záhadami. Postavili experiment, který se v zásadě podobá dřívějším experimentům pro lov temné hmoty. Takový experiment obvykle zahrnuje izolaci určitých částic a pak jejich detailní pozorování, které by mohlo odhalit anomálie, co by ukazovaly na působení nějakých částic temné hmoty.
V jedné věci se ale experiment BASE od jiných zařízení na lov temné hmoty liší. Používá totiž částice antihmoty. Získává antiprotony z Antimatter Factory, čili „továrny“ na antihmotu v CERNu a umístí je do magnetické klece zvané Penningova past. V této pasti jsou antiprotony chráněné před setkání s klasickou hmotou, které by skončilo neodvratnou anihilací. Antiprotonům v Penningově pasti důkladně proměřovali jejich spin, asi tisíckrát v průběhu tří měsíců. Badatelé tím získali data o spinu antiprotonů v průběhu času. Pokud by se v nich objevilo něco neobvyklého, tak by to mohl být důkaz přítomnosti částic temné hmoty.
Ve hře byly především slibní kandidáti na temnou hmotu axiony. Tyhle hypotetické částice by měly být neutrální, velmi lehké a měly by proplouvat vesmírem jako vlny. Přitom by axiony občas měly interagovat s hmotou anebo právě s antihmotou. S antihmotou to přitom ještě nikdo nezkoušel.
Jak by čekal každý kovaný skeptik, experiment BASE žádné axiony ani nic podobného nenašel. Nějaký výsledek z toho ale přece jenom byl. Fyzici mohou vyloučit existenci axionů o hmotnosti 0,1 až 0,6 GeV. Ve skutečnosti by prý ale bylo zvláštní, kdyby tam nějaký signál byl, protože by to znamenalo velký rozdíl mezi hmotou a antihmotou. Nicméně, podobnými malými krůčky bychom se nakonec mohli dobrat k toužebně očekávanému tajemství temné hmoty.
Video
The BASE experiment at CERN's Antimatter Factory
Literatura
CERN 13. 11. 2019, Nature 575: 310–314.
Blízký „hurikán“ temné hmoty nabízí šanci na objev axionů
Autor: Stanislav Mihulka (14.11.2018)
Astrofyzikální vychytávka: Pulsary by mohly zviditelnit temnou hmotu
Autor: Stanislav Mihulka (22.12.2018)
Budeme odposlouchávat temnou hmotu axionovým rádiem?
Autor: Stanislav Mihulka (11.10.2019)
Diskuze:
definice temné hmoty
Pavel K2,2019-11-16 21:35:14
My jsme přesně znali temnou hmotu už na střední škole, jen jsme jí říkali bulharská konstanta. Zajímavé je, že stejně jako u temné hmoty asi nejde o hmotu, tak u bulharské konstanty nešlo o konstantu, ale o:
číslo, proměnnou nebo matematický postup, jehož aplikací na vypočítaný výsledek získáte správný výsledek.
Ale časy se mění, teď je to temná hmota a temná energie a dají se na to sehnat granty :-)
Metodická poznámka na okraj
Zdeněk Kratochvíl,2019-11-15 19:49:52
Nerozumím tomu, ale čistě metodologicky mě zaujalo tohle:
Doklady o tom, že temná hmota snad opravdu existuje, postupem času převážně trochu posilují.
Naopak všechny hypotézy o tom, co to je, jsou plynule čím dál tím víc negované.
selská logika
Petr Jakubec,2019-11-15 09:02:07
Nejsem ani zastánce a ani odpůrce antihmoty, nejsem ani kovaný ve fyzice pidičástic, jedno vím ale určitě, když někdo něco nenajde nebo něco neviděl neznamená to zákonitě, že to neexistuje, pouze to zvyšuje jistou pravděpodobnost neexistence.
To asi vysvětluje to, proč někteří fyzici chodí do kostela :-)
Re: selská logika
Petr Jakubec,2019-11-15 14:56:13
Pardón v úvodu článku byla mnou myšlena "temná hmota",
ne "antihmota". Tu, už myslím někdo v nějakém urychlovač
pár pidičástic vyrobil.
Re: Re: selská logika
Jiri Naxera,2019-11-15 20:22:08
Blbé je, že ale ona ta temná hmota (pokud tím názvem nazvete rozdíl mezi predikcí podle známých teorií vůči pozorování) dost prokazatelně existuje, jen nikdo netuší co to je.
Pouze máme už dost dlouhý a stále rostoucí seznam toho, co všechno to být nemůže, ale samotný jev je velmi reálný.
ad antihmota - nejen na urychlovači, pozitrony vznikají třeba i za bouřky.
Slavomir D,2019-11-15 08:55:59
Bolo by zaujímavé použiť antihmotu ako palivo pre "raketové " motory. Protóny a antiprotony počas anihilacie musia uvoľniť veľké množstvo energie.
Re:
Richard Pálkováč,2019-11-15 17:44:57
Pre reálne cestovanie vesmírom, už aj v rámci našej galaxie, je spôsob pohonu, pri ktorom si palivo musíme brať so sebou, aj keby sme ho dokázali využiť na 100 percent, ako pri anihilácii, nereálny (https://www.youtube.com/watch?v=SOMwWyjb_1M).
Ja som, ale v jednej mojej scifi, takýto pohon predsa len použil (http://riki1.eu/Virtualiti_a_spol.htm) , ale už by som to mal opraviť, na tento síce veľmi hypotetický a v súčasnosti protifyzikálny pohon (http://riki1.eu/pasca_na_fotony.htm).
Re:
Jiri Naxera,2019-11-15 20:29:02
Ve StarTreku ho mají. Realita je zatím horší, jak tu minule pan Wágner psal, nemáme ani představu, jak bezpečně skladovat víc antihmoty než pár částic.
Druhák, čistě řádově, pro urychlení nějaké hmotnosti m na rychlost blízkou rychlosti světla potřebujete stovnatelnou energii, neboli musíte anihilací spálit řádově stejně hmoty a antihmoty jak váží raketa.
Ale ani to nestačí, abyste se realisticky (za jeden lidský život) vůbec někam dostal, tak se k té c musíte přiblížit poněkud více, takže na urychlení je to už o řád až dva víc než užitečná hmotnost rakety, a protože budete muset i zastavovat, tak už jsme nejméně o čtyři řády výš, než hmotnost obytné sekce se vším vybavením na několik desítek let (vlastního času) života posádky. Dotankovávat do relativisticky rychlé lodi nejde
Na to naše energetické zdroje nestačí.
Re: Re:
Daniel Konečný,2019-11-16 15:56:25
Ono na cestování vesmírem to chce víc, než jen ovládnutí fyziky. V bio(techno)logii máme taky co dohánět - hibernace, podstatné prodloužení života, případně rovnou biologická nesmrtelnost jsou rozhodně možné, jen je to ještě běh na dlouhou trať. No a potom nějaká cesta na několik století nebude takový problém. Společenské změny budou taky potřeba, nedokážu si představit, že by bylo možné z extrasolarní kolonie vystříkat jakýkoliv jiný zisk, než nějakou výměnu informací, takže takový megaprojekt bude víceméně nezištnou investicí do budoucna jiných lidí - dnes nepředstavitelné.
Re: Re:
Daniel Konečný,2019-11-16 15:56:26
Ono na cestování vesmírem to chce víc, než jen ovládnutí fyziky. V bio(techno)logii máme taky co dohánět - hibernace, podstatné prodloužení života, případně rovnou biologická nesmrtelnost jsou rozhodně možné, jen je to ještě běh na dlouhou trať. No a potom nějaká cesta na několik století nebude takový problém. Společenské změny budou taky potřeba, nedokážu si představit, že by bylo možné z extrasolarní kolonie vystříkat jakýkoliv jiný zisk, než nějakou výměnu informací, takže takový megaprojekt bude víceméně nezištnou investicí do budoucna jiných lidí - dnes nepředstavitelné.
...
Jan Balaban,2019-11-15 08:44:36
Je nejaký dôvod inej interakcie temnej hmoty s antihmotou, ako s hmotou.
Re: ...
Jiri Naxera,2019-11-15 20:46:33
V daná teorii ano, proto se to pokoušejí změřit. Jestli je daná teorie exotickou spekulací nebo mainstreamovou fyzikou za standardním modelem je už otázka jiná, každopádně (high energy) fyzika je v současnosti ve slepé uličce (*), takže jakékoli pozorování odchylky od Standardního modelu by moc moc pomohlo. Jak fyzice jako takové, tak i objevitelům (tém nejspíš k Nobelovce).
*) Na LHC coby nejvýkonějším urychlovači se v podstatě potvrdil čtyři desetiletí starý Standardní model (poslední chybějící byl Higgsův boson), ale ve fundamentální oblasti nic více. Poslední rok to sleduju málo, ale nejnadějněji se tvářily měření kolem reakcí bottom (nebo beauty) kvarku, kde měli pár podezřelých (kolem dvou až třech sigma) měření, ale podle mizivé aktivitě na blogosféře nepočítám že bychom byli blízko nějakého objevu.
...a aby bylo jasno, tím nechci říct, že by byl LHC k ničemu, naopak, i nulové měření je cenné měření, navíc i když fundamentálně nic nového nevíme, tak bylo pozorováno například několik vázaných stavů, upřesněna spousta parametrů a naše poznání neuvěřitelně pokročilo. Jen matka příroda je na nás zlá a vybrala si takový tvar zákonů který je nejtěžší zkoumat.
Kam se antihmota poděla ...
Jan Březina,2019-11-14 23:13:52
to není záhada, anihilovala s hmotou a výsledkem je reliktní záření. Záhadou je naopak proč je tu více hmoty než antihmoty.
existence antihmoty
Josef Nýč,2019-11-14 21:08:23
Dobrý večer. Jak dlouho by vydržel vesmír, kdyby bylo stejné množství hmoty a antihmoty? Okamžitě by snad zanikl? A není to tak, že temná hmota a energie je pozůstatkem anihilace, kde antihmota totálně zanikla a zůstalo malé množství ,,naší hmoty,,?
Re: existence antihmoty
Pavel Hudecek,2019-11-14 22:48:28
Anihilace je poměrně dobře prozkoumaný děj. Kdyby to bylo takhle jednoduché, už by si toho dávno někdo všimnul.
Re: existence antihmoty
Jiri Naxera,2019-11-15 21:44:24
Doplním - po anihilaci zůstanou bosony té interakce, kterou zanikla
Nejznámnější anihilací je asi elektron s pozitronem, interakce je elektromagnetická a výsledkem jsou dva fotony (ze kterých dál nic nevzniká, prostě proto že lehčí elektricky nabitá částice není).
Ale taky mohou anihilovat (úplně jistej v kramflecích si tu nejsem) i přes slabou interakci, třeba Z boson. To ale jinde než na urychlovači nevidno, pro běžné nízké energie je slabá interakce neskutečně slabá (má to cosi společného s vysokou hmotností jejích bosonů versus nehmotný foton), ale ten se pak může, teda spíš musí rozpadnout na něco jiného, pár neutrino-antineutrino mi dává smysl (dost malá hmotnost). Ale elmag. je mnohem častější.
Každopádně jsou dvě možnosti, buď je někde víc hmoty a jinde antihmoty, nebo jsou fyzikální zákony mírně nesymetrické, což vedlo k přebytku hmoty (asi tak o miliardtinu).
Pro první hypotézu toho moc nesvědčí, v celém viditelném Vesmíru je běžná hmota (kdyby byla někde antihmota, byly by fotony z anihilace na hranici pozorovatelné - asi před měsícem to pan Wágner vysvětloval někde v diskuzi pod článkem). Navíc mechanismus tak rozsáhlých nehomogenit by se jen velmi těžko vysvětloval teoreticky. Naopak pro druhou - mírnou asymetrii máme precedent v slabé interakci která je asymetrická úplně, někteří vědci mají spíš problém opačný - jakto že je ta asymetrie hmota vs antihmota tak malá a přitom nenulová.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
