Experiment BASE. Kredit: CERN.

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.

Christian Smorra. Kredit: RIKEN.

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?

Antimatter Factory. Kredit: CERN.

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.