Simulace laserových kleští. Kredit: Toma Toncian. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Řada záhad kosmologie se točí kolem antihmoty. Na první pohled nejde o nic komplikovaného. Antihmota je jako hmota a tvoří ji prakticky stejné částice. Od hmoty se liší jen tím, že tyto částice mají opačný náboj. Problém je v tom, že antihmota je v našem vesmíru velmi vzácná a její výroba v laboratoři je velmi komplikovaná.

Antihmota obvykle vzniká při extrémních jevech, jako jsou údery blesků anebo na extrémních místech, jako jsou neutronové hvězdy. Vyrábět jsme ji prozatím dokázali jen na mohutných urychlovačích, což je velmi nákladné. Alexey Arefiev z americké University of California, San Diego a jeho spolupracovníci navrhli nový postup, s nímž bude možné vyrábět antihmotu v menších laboratořích. Tím by se tato substance měla stát mnohem dostupnější pro experimenty.

Alexey Arefiev. Kredit: UC San Diego.

Badatele inspirovala extrémní astrofyzika, procesy probíhající na rychle rotujících neutronových hvězdách, pulsarech. Navrhli zařízení, jehož klíčovým prvkem je malý blok plastu, protkaný mikrometrovými kanálky. Na tento blok plastu směřují z protilehlých směrů dva intenzivní laserové paprsky, které tím pádem doslova drží plast v laserových kleštích.

Když laserové paprsky zasáhnou plast, tak každý z nich v tomto plastu urychlí oblak elektronů, který se v příštím okamžiku srazí s oblakem elektronům přilétajícím od protilehlého laserového paprsku. Srážka oblaků elektronů vytvoří spoustu fotonů gama záření, které jsou směrovány kanálky v bloku plastu a díky tomu se také hojně srážejí mezi sebou.

V důsledku těchto srážek vzniknou částice hmoty a antihmoty, v podobě elektronů a pozitronů. Magnetická pole v okolí bloku plastu soustředí pozitrony do podoby paprsku antihmoty a urychlí je na hodně vysoké energie. Jak uvádí Arefiev, podobné procesy podle všeho probíhají v magnetosféře pulsarů.

Logo. Kredit: University of California, San Diego.

S navrženým postupem bude možné tyto jevy napodobit v laboratoři, což umožní jejich detailní výzkum. Mohl by přinést cenné poznatky pro astrofyziky. Podle Arefieva a spol. by tento postup měl být velmi efektivní. Vytvoří až 100 tisíckrát více pozitronů, než kolik by zvládl jeden laser. Zmíněné laserové paprsky přitom nemusejí být extra silné. Výsledný paprsek antihmoty může dosáhnout až energií kolem 1 GeV v prostoru cca 50 mikrometrů, což odpovídá soudobým velkým urychlovačům částic. Zatím jde o teoretický koncept, ale jeho tvůrci jsou přesvědčeni, že potřebné technologie jsou už dnes k dispozici a že by neměl být dramatický problém něco takové zprovoznit.

Literatura

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 22. 7. 2021.

Communications Physics 4: 139.